Ejemplos de Neutralización Química

En química, una reacción de neutralización es la que ocurre entre un ácido y una base. Cuando estas dos sustancias se afectan entre sí, dejan como productos una sal y agua. La ecuación química que obedecen es la siguiente:

Ácido + Base --> Sal + Agua

Expresada de forma simbólica, queda:

H-X + M-OH --> M-X + H-OH

Donde:

• H: Hidrógeno(s) del ácido
• X: Halógeno, si es un hidrácido. Anión, si es un oxiácido
• M: Metal del hidróxido
• OH: Ion hidroxilo del hidróxido

Este tipo de reacciones se manifiesta sobre todo en las soluciones acuosas, es decir, en las mezclas que tienen agua como disolvente, y solutos diversos. El agua proporciona un medio en el que los iones de los ácidos y las bases se encuentran activos y libres, y pueden reaccionar entre sí fácilmente.

También ocurren entre ácidos y bases puros, pero en este estado dichas sustancias son muy agresivas y no se deben de manejar sin protección. La reacción de neutralización entre ácidos y bases puros son espontáneas, muy exotérmicas y representan un peligro para quienes se encuentren cerca.

pH en la reacción de neutralización

El pH, también conocido como potencial de Hidrógeno, es una medida de la presencia de iones hidrógeno en una solución acuosa. Indica qué tan ácido o alcalino es un medio. Para determinarlo en un sistema se utiliza una escala que va del 1 al 14, y cuyo punto medio es el 7. Al pH = 7 se le llama pH neutro, de ahí toma nombre esta reacción. Del 1 al 6 son valores de pH ácido, y del 8 al 14 son pH alcalinos.

Cuando se reúnen un ácido y una base para reaccionar, el pH se va acercando a 7 y suele quedar en ese valor al finalizar la reacción. Esto sólo ocurre cuando las cantidades que se han puesto a reaccionar son estequiométricas, es decir, correspondientes o justas. El pH puede tener los siguientes valores en una reacción de neutralización:

• 7, cuando el ácido y la base están en cantidades estequiométricas.
• Menor a 7, cuando el ácido está en mayor cantidad y queda como residuo al finalizar la reacción.
• Mayor a 7, cuando la base está en mayor cantidad y queda como residuo al finalizar la reacción.

La energía en las reacciones de neutralización

El flujo de energía en una reacción de neutralización va a depender de si el ácido y la base son fuertes o débiles. Esto depende de las fuerzas intermoleculares. Por ejemplo, los hidrácidos y los oxiácidos son ácidos fuertes; los ácidos orgánicos son ácidos débiles en general. Los hidróxidos son bases fuertes, las aminas son bases débiles. Se tendrán tres casos diferentes:

• Ácido fuerte y base fuerte
• Uno fuerte y uno débil
• Ácido débil y base débil

Cuando se tienen un ácido fuerte y una base fuerte, habrá desprendimiento de energía en forma de calor. Estas sustancias son altamente reactivas y comenzarán a interactuar de inmediato. Es por esta rapidez con la que sus moléculas se mueven que la reacción es exotérmica. Un ejemplo es la reacción entre el ácido clorhídrico H₂SO₄ y el hidróxido de sodio NaOH.

H₂SO₄ + 2NaOH --> Na₂SO₄ + 2H₂O

Cuando uno de los dos es fuerte y el otro débil, habrá una reacción un poco más lenta y por tanto el calor desprendido será menor. Es el caso, por ejemplo, del ácido acético con el hidróxido de sodio:

CH₃COOH + NaOH --> CH₃COONa + H₂O

Cuando se tienen un ácido débil y una base débil, puede ocurrir que la reacción no comience por más tiempo que se les deje en el reactor. Para esto habrá que introducir calor a la reacción para que esta ya tome un camino. También puede empezar por cuenta propia, pero con un tiempo de retención. Por ejemplo, entre el ácido acético y la metilamina:

CH₃COOH + CH₃NH₂ --> CH₃COOCH₃ + NH₃

En este caso, por los átomos presentes en sus moléculas, no se forma agua sino amoníaco como segundo producto. El primero es el éster o sal orgánica: acetato de metilo.

Cantidades de ácido y base en las reacciones de neutralización

Se puede calcular qué cantidad de ácido debe agregarse a una base (y viceversa) para llevar a cabo una reacción de neutralización.

Los pasos para hacerlo se explican en el siguiente ejemplo:

Calcular la cantidad de ácido sulfúrico H₂SO₄ que deberá reaccionar para neutralizar 40g de hidróxido de sodio NaOH.

1. Primero se observa la ecuación química. Debe estar balanceada.

H₂SO₄ + 2NaOH --> Na₂SO₄ + 2H₂O

2. Se describe la relación de moles de H₂SO₄ que han de reaccionar con los moles de NaOH:

1 mol de H₂SO₄ reacciona con 2 mol de NaOH para producir 1 mol de Na₂SO₄ y 2 mol de H₂O. La relación de los reactivos es de 1 a 2

3. En el ejemplo, se cuenta con la cantidad de 40g de hidróxido de sodio NaOH. Veremos a cuántos moles equivale.

moles NaOH = gramos NaOH / peso molecular NaOH

moles NaOH = 40g / (40g/mol)

moles que se tienen de NaOH en el ejemplo = 1 mol NaOH

4. Esta cantidad real de NaOH se maneja con la relación en una regla de tres:

Si 1 mol H₂SO₄ reacciona con 2 mol NaOH

¿Cuántos mol H₂SO₄ reaccionan con 1 mol NaOH?

5. Los mol de H₂SO₄ se calculan: (1)*(1) / 2 = ½ mol H₂SO₄ debe agregarse para reaccionar.
6. Esos moles se traducen a gramos de H₂SO₄:

moles H₂SO₄ = gramos H₂SO₄ / peso molecular H₂SO₄

½ mol H₂SO₄ = gramos H₂SO₄ / (98 g/mol)

gramos H₂SO₄ = ½ mol H₂SO₄ * 98g/mol

= 49 g H₂SO₄

7. El ácido sulfúrico H₂SO₄ es líquido y la forma de medirlo es con su volumen. Por eso, con ayuda de la densidad, convertimos a mililitros:

ρ = masa de H₂SO₄ / Volumen H₂SO₄

1.83g/mL = 49g / Volumen H₂SO₄

Volumen H₂SO₄ = 49g / (1.83g/mL)

Volumen H₂SO₄ = 26.776 mL

Los mililitros de H₂SO₄ que se deben agregar para reaccionar con 40g de NaOH son 26.776mL, suponiendo que se trate de ácido sulfúrico 100% puro.

Ejemplos de neutralización química

1.- La reacción entre ácido clorhídrico HCl e hidróxido de sodio NaOH.

HCl + NaOH --> NaCl + H₂O

2.- La reacción entre ácido bromhídrico HBr e hidróxido de sodio NaOH.

HBr + NaOH --> NaBr + H₂O

3.- La reacción entre ácido yodhídrico HI e hidróxido de sodio NaOH.

HI + NaOH --> NaI + H₂O

4.- La reacción entre ácido sulfúrico H₂SO₄ e hidróxido de calcio Ca(OH)₂.

H₂SO₄ + Ca(OH)₂ --> CaSO₄ + 2H₂O

5.- La reacción entre ácido sulfúrico H₂SO₄ e hidróxido de magnesio Mg(OH)₂.

H₂SO₄ + Mg(OH)₂ --> MgSO₄ + 2H₂O

6.- La reacción entre ácido clorhídrico HCl e hidróxido de magnesio Mg(OH)₂.

2HCl + Mg(OH)₂ --> MgCl₂ + 2H₂O

7.- La reacción entre ácido bromhídrico HBr e hidróxido de magnesio Mg(OH)₂.

2HBr + Mg(OH)₂ --> MgBr₂ + 2H₂O

8.- La reacción entre ácido yodhídrico HI e hidróxido de magnesio Mg(OH)₂.

2HI + Mg(OH)₂ --> MgI₂ + 2H₂O

9.- La reacción entre ácido fosfórico H₃PO₄ e hidróxido de aluminio Al(OH)₃.

H₃PO₄ + Al(OH)₃ --> AlPO₄ + 3H₂O

10.- La reacción entre ácido nítrico HNO₃ e hidróxido de sodio NaOH.

HNO₃ + NaOH --> NaNO₃ + H₂O

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