Ácido ou base conxugados

Ácido conxugado e base conxugada son dous termos complementarios aplicados a compostos químicos dentro da teoría ácido-base de Brønsted-Lowry. Un ácido conxugado é un composto químico formado cando un ácido cede un protón (H+
) a unha base (esta última é a que se converte no ácido conxugado), ou expresado doutra maneira, é unha base cun ión hidróxeno engadido, xa que perde un ión hidróxeno na reacción inversa (como é característico dos ácidos). Por outra parte, unha base conxugada é o que queda unha vez que un ácido doou un protón durante unha reacción química. Por tanto, unha base conxugada é unha substancia formada pola eliminación dun protón dun ácido, xa que pode gañar un ión hidróxeno na reacción inversa. ^[1] Como algúns ácidos, chamados polipróticos poden ceder máis dun protón, a base conxugada dun ácido pode ela mesma ter carácter ácido.

En resumo, isto pode representarse como a seguinte reacción química na que o ácido inicial convértese na base conxugada, e a base inicial convértese no ácido conxugado: $${\displaystyle {\text{ácido}}+{\text{base}}\;{\ce {<=>}}\;{\text{base conxugada}}+{\text{ácido conxugado}}}$$

Johannes Nicolaus Brønsted (esquerda) e Martin Lowry (dereita).

Johannes Nicolaus Brønsted e Martin Lowry presentaron a teoría de Brønsted–Lowry, que di que calquera composto que poida ceder un protón a outro composto é un ácido, e o composto que recibe o protón é unha base. Un protón é unha partícula subatómica do núcleo dun átomo con carga eléctrica positiva. Represéntase co símbolo H+
porque ten un núcleo de átomo de hidróxeno,^[2] é dicir, é un catión hidróxeno, o que a IUPAC recomenda denominar hidrón.

Un catión pode ser un ácido conxugado, e un anión pode ser unha base conxugada, dependendo da substancia que está implicada e da teoría ácido-base que se está usando. O anión máis simple que pode ser unha base conxugada é o electrón libre en solución cuxo ácido conxugado é o hidróxeno atómico.

Reaccións ácido-base

Nunha reacción ácido-base, un ácido e unha base reaccionan para formar unha base conxugada e un ácido conxugado, respectivamente. O ácido perde un protón e a base gaña un protón. En diagramas que indican isto, o novo enlace formado entre a base e o protón móstrase por unha frecha que empeza nun par de electóns da base e acaba no ión hidróxeno (protón) que será transferido:

Neste caso, a molécula de auga é a que funciona como o ácido conxugado do ión hidróxido básico despois de que este último recibiu o ión hidróxeno do amoníaco. Por outra parte, o amoníaco é a base conxugada do amonio ácido despois de que o amonio doou un ión hidróxeno para producir a molécula de auga. Ademais, o OH⁻ pode ser considerado como a base conxugada da H
2O, xa que a molécula de auga doa un protón para orixinar NH+
4 na reacción inversa. Os termos "ácido", "base", "ácido conxugado" e "base conxugada" non son fixos para unha certa substancia química senón que poden ser intercambiados se a reacción que está tendo lugar se inverte.

Forza dos conxugados

A forza dun ácido conxugado é proporcional á súa constante de disociación. Un ácido conxugado canto máis forte sexa máis facilmente se disociará nos seus produtos, "expulsará" os seus protóns hidróxeno e terá unha constante de equilibrio máis alta. A forza dunha base conxugada pode considerarse que é a súa tendencia a "atraer" os protóns hidróxeno cara a ela. Se unha base conxugada se clasifica como forte, "reterá" o protón hidróxeno en disolución e o seu ácido non se disociará.

Se un composto químico é un ácido forte, a súa base conxugada será débil.^[3] Un exemplo deste caso sería a disociación do ácido clorhídrico HCl en auga. Como o HCl é un ácido forte (disóciase en gran proporción), a súa base conxugada (Cl−
) será feble. Por tanto, neste sistema, a maioría dos H+
serán ións hidronio H
3O+
en vez de estaren unidos aos anións Cl⁻ e as bases conxugadas serán máis débiles que as moléculas de auga.

Por outro lado, se un composto químico é un ácido feble, a súa base conxugada non será necesariamente forte. Consideremos que o etanoato, a base conxugada do ácido etanoico, ten unha constante de disociación (Kb) de aproximadamente 5,6 × 10^-10, o que fai que sexa unha base débil. Para que as especies químicas teñan unha base conxugada forte teñen que ser un ácido moi débil, como a auga.

Identificación de pares de ácidos e bases conxugadas

Para identificar o ácido conxugado, debe buscarse o par de compostos cos que está relacionado. A reacción ácido-base pode verse examinando o antes e o despois. O antes é o lado dos reactantes da ecuación, o despois é o lado dos produtos da ecuación química. O ácido conxugado no lado de despois da ecuación gaña un ión hidróxeno, así que no lado de antes da ecuación o composto que ten un ión hidróxeno menos que o ácido conxugado é a base. A base conxugada no lado de despois da ecuación perde un ión hidróxeno, de tal xeito que no lado de antes da ecuación o composto que ten un hidróxeno máis que a base conxugada é o ácido.

Consideremos a seguinte reacción ácido-base:

HNO
3 + H
2O → H
3O+
+ NO−
3

O ácido nítrico (HNO
3) é un ácido porque doa un protón á molecula de auga e a súa base conxugada é o nitrato (NO−
3). A molécula de auga actúa como unha base porque recibe o catión hidróxeno (protón) e o seu ácido conxugado é o ión hidronio (H
3O+
).

Ecuación	Ácido	Base	Base conxugada	Ácido conxugado
HClO 2 + H 2O → ClO− 2 + H 3O+	HClO 2	H 2O	ClO− 2	H 3O+
ClO− + H 2O → HClO + OH−	H 2O	ClO−	OH−	HClO
HCl + H 2PO− 4 → Cl− + H 3PO 4	HCl	H 2PO− 4	Cl−	H 3PO 4

Aplicacións

Un uso dos ácidos e bases conxugados é nos sistemas tampóns, os cales inclúen unha solución tampón. Nun tampón úsanse un ácido débil e a súa base conxugada (en forma de sal), ou unha base débil e o seu ácido conxugado, para limitar o cambio de pH durante un proceso de titulación. Os tampóns teñen aplicacións químicas orgánicas e inorgánicas. Por exemplo, ademais do uso dos tampóns en procesos de laboratorio, o sangue humano actúa como un tampón para mater o pH. O tampón máis importante na nosa circulación sanguínea é o tampón ácido carbónico-bicarbonato, que impide cambios drásticos de pH cando se introduce CO
2. Isto funciona así: $${\displaystyle {\ce {CO2 + H2O <=> H2CO3 <=> HCO3^- + H+}}}$$

Ademais, velaquí unha táboa dalgúns tampóns comúns.

Axente tamponante	pKa	Rango de pH útil
Ácido cítrico	3,13, 4,76, 6,40	2,1 - 7,4
Ácido acético	4,8	3,8 - 5,8
KH2PO4	7,2	6,2 - 8,2
CHES	9,3	8,3–10,3
Borato	9,24	8,25 - 10,25

Unha segunda aplicación común un composto orgánico sería a produción dun tampón con ácido acético. Se o ácido acético, un ácido débil coa fórmula CH
3COOH, se pon en forma de solución tampón, necesitaría combinarse coa súa base conxugada CH
3COO−
en forma de sal. A mestura resultante chámase tampón acetato, consistente en CH
3COOH acuoso e CH
3COONa acuoso. O ácido acético, xunto con moitos outros ácidos débiles, serven como compoñentes útiles dos tampóns en diferentes instalacións de laboratorios, cada un deles é útil dentro do seu propio rango de pH.

A solución de lactato de Ringer é un exemplo no que a base conxugada dun ácido orgánico, o ácido láctico, CH
3CH(OH)CO−
2 se combina cos catións sodio, calcio e potasio e anións cloruro en auga destilada,^[4] os cales xuntos forman un líquido que é isotónico respecto ao sangue humano e utilízase como fluído de substitución despois dunha perda de sangue debido a un trauma, cirurxía ou queimaduras.^[5]

Táboa de ácidos e as súas bases conxugadas

Velaquí unha táboa con varios exemplos de ácidos e as súas bases conxugadas correspondentes; nótese como difiren nun só protón (ión H⁺). A forza do ácido decrece e a forza da base conxugada aumenta conforme baixamos na táboa.

Ácido	Base conxugada
H 2F+ ión fluoronio	HF fluoruro de hidróxeno
HCl ácido clorhídrico	Cl− ión cloruro
H2SO4 ácido sulfúrico	HSO− 4 ión sulfato de hidróxeno (ión bisulfato)
HNO3 ácido nítrico	NO− 3 ión nitrato
H3O+ ión hidronio	H2O auga
HSO− 4 ión sulfato de hidróxeno	SO2− 4 ión sulfato
H3PO4 ácido fosfórico	H2PO− 4 ión fosfato de dihidróxeno
CH3COOH ácido acético	CH3COO− ión acetato
HF ácido fluorhídrico	F− ión fluoruro
H2CO3 ácido carbónico	HCO− 3 ión carbonato de hidróxeno
H2S ácido sulfhídrico	HS− ión hidrosulfuro
H2PO− 4 ión fosfato de dihidróxeno	HPO2− 4 ión fosfato de hidróxeno
NH+ 4 ión amonio	NH3 amoníaco
H2O auga (pH=7)	OH− ión hidróxido
HCO− 3 ión hidroxenocarbonato (bicarbonato)	CO2− 3 ión carbonato

Táboa de bases e os seus ácidos conxugados

Como comparación, velaquí unha táboa de bases e os seus ácidos conxugados. De xeito similar, a forza da base diminúe e a forza do ácido conxugado increméntase conforme baixamos na táboa.

Base	Ácido conxjugado
C 2H 5NH 2 etilamina	C 2H 5NH+ 3 ión etilamonio
CH 3NH 2 metilamina	CH 3NH+ 3 ión metilamonio
NH 3 amoníaco	NH+ 4 ión amonio
C 5H 5N piridina	C 5H 6N+ piridinio
C 6H 5NH 2 anilina	C 6H 5NH+ 3 ión fenilamonio
C 6H 5CO− 2 ión benzoato	C 6H 6CO 2 ácido benzoico
F− ión fluoruro	HF fluoruro de hidróxeno
PO3− 4 ión fosfato	HPO2− 4 ión fosfato de hidróxeno
OH− ión hidróxido	H2O auga (neutro, pH 7)
HCO− 3 bicarbonato	H 2CO 3 ácido carbónico
CO2− 3 ión carbonato	HCO− 3 bicarbonato
Br− ión bromuro	HBr bromuro de hidróxeno
HPO2− 4 fosfato de hidróxeno	H 2PO− 4 ión fosfato dihidróxeno
Cl− ión cloruro	HCl cloruro de hidróxeno
H 2O auga	H 3O+ ión hidronio
${\displaystyle {\ce {NO2-}}}$ión nitrito	${\displaystyle {\ce {HNO2}}}$ ácido nitroso

Notas

1. Zumdahl, Stephen S., & Zumdahl, Susan A. Chemistry. Houghton Mifflin, 2007, ISBN 0618713700
2. "Brønsted–Lowry theory | chemistry". Encyclopedia Britannica (en inglés). Consultado o 2020-02-25.
3. "Strength of Conjugate Acids and Bases Chemistry Tutorial". www.ausetute.com.au. Consultado o 2020-02-25.
4. British national formulary: BNF 69 (69ª ed.). British Medical Association. 2015. p. 683. ISBN 9780857111562.
5. Pestana, Carlos (7 de abril de 2020). Pestana's Surgery Notes (5ª ed.). Kaplan Medical Test Prep. pp. 4–5. ISBN 978-1506254340.

Véxase tamén

Outros artigos

• Solución tampón
• Desprotonación
• Protonación
• Sal (química)
• Carboxilato

Ligazóns externas

• MCAT General Chemistry Review - 10.4 Titulación e tampóns
• The Pharmaceutics and Compounding Laboratory - Tampóns e capacidade de tamponamento. Arquivado 28 de abril de 2021 en Wayback Machine.