En general, los ácidos pueden considerarse como compuestos moleculares que contienen al menos un hidrógeno que está unido covalentemente a un átomo más electronegativo. Como ejemplo, consideremos el compuesto fluoruro de hidrógeno (HF). Como hemos visto en el capítulo 7, las electronegatividades del hidrógeno y del flúor son 2,1 y 4,0, respectivamente, y el enlace covalente hidrógeno-flúor está muy polarizado.
Por ello, cuando el fluoruro de hidrógeno se disuelve en agua, las moléculas de agua se orientan alrededor del HF de manera que los dipolos del agua interactúan con el enlace H-F altamente polarizado y lo estabilizan. Para esta estabilización es importante el enlace de hidrógeno que se forma entre el hidrógeno del HF y el oxígeno de un agua adyacente. Este enlace de hidrógeno no sólo estabiliza el dipolo molecular del HF, sino que también debilita el enlace covalente H-F. Como resultado de este debilitamiento, el enlace H-F se estira (la longitud del enlace aumenta) y luego se rompe completamente. El hidrógeno que estaba unido a la molécula de agua pasa a estar totalmente unido al oxígeno, formando la especie H3O+ (el ion hidronio) y el flúor existe ahora como anión fluoruro. Esto se conoce como el proceso de disociación del ácido.
La ecuación química que describe la reacción de disociación del ácido del HF se da en la ecuación 8.2a. Los productos de la reacción, el anión fluoruro y el ion hidronio, son iones de carga opuesta, y es razonable suponer que se atraerán entre sí. Si entran en contacto, también es razonable sugerir que el proceso de transferencia de hidrógeno que hemos descrito anteriormente también puede ocurrir a la inversa. Es decir, el H3O+ puede formar un enlace de hidrógeno con el ion fluoruro y el hidrógeno puede ser transferido de vuelta, para formar HF y agua. La ecuación química que describe este proceso se muestra en la ecuación 8.2b. De hecho, estas dos reacciones ocurren simultáneamente (y muy rápidamente) en la solución. Cuando hablamos de un conjunto de reacciones de avance y retroceso que ocurren juntas en una escala de tiempo muy rápida, describimos el conjunto de reacciones como un equilibrio y utilizamos una flecha doble especial en la reacción química para mostrarlo (ecuación 8.2c). Puede decirse que la ecuación 8.2c representa la disociación en equilibrio del HF en el agua.
HF (aq) + H2O(l) → H3O+ (aq) + F- (aq) Ecuación 8.2a
HF (aq) + H2O(l)←H3O+ (aq) + F- (aq) Ecuación 8.2b
HF (aq) + H2O(l) ⇄ H3O+ (aq) + F- (aq) Ec. 8.2c
Para cualquier equilibrio, se puede escribir una constante de equilibrio que describa si los productos o los reactivos serán las especies predominantes en la solución. Abordaremos esto completamente en el capítulo 10, pero de acuerdo con la ley de acción de masas, la constante de equilibrio, K para esta reacción, está dada simplemente por la relación de las actividades de los productos y los reactivos. Para simplificar los cálculos, las actividades de los solutos se aproximan por la concentración en unidades de molaridad. Tenga en cuenta que cualquier reactivo o producto sólido o líquido, o los disolventes (como el agua) se consideran sustancias puras, y por lo tanto tienen una actividad que es igual a 1. Así, para la ionización del HF
{{1)}={frac{}}]
Cuando se trata de ácidos, la constante de equilibrio se llama generalmente constante de disociación del ácido, y se escribe como Ka. Cuanto mayor sea el valor de Ka, mayor será la extensión de la ionización y la y mayor será la concentración resultante del ion hidronio. Como la concentración del ion hidronio está directamente relacionada con la acidez, los ácidos con un valor grande de Ka se denominan ácidos fuertes. Introduciremos los «ácidos débiles» en el capítulo 10, pero por ahora lo importante es recordar que los ácidos fuertes están prácticamente 100% ionizados en solución. Eso no significa que no se produzca la reacción inversa, simplemente significa que es mucho más favorable y que el 99,9999999999% del ácido está presente en su forma ionizada. Debido a que esto excede el número de cifras significativas con las que normalmente trabajamos, los ácidos fuertes se describen generalmente como 100% ionizados en solución. La tabla 8.1 enumera los ácidos fuertes comunes que estudiaremos en este texto.
Tabla 8.1. Ácidos fuertes comunes
| HCl | Ácido clorhídrico | HNO3 | ácido nítrico |
| H2SO4 | ácido sulfúrico |
| HBr | ácido hidrobromico |
| HI | ácido hidroyodico |
| HClO4 | ácido perclórico ácido |
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