Ácidos fuertes y débiles: cuáles son y cómo los diferenciamos

Es importante poder identificar los ácidos fuertes de los débiles, tanto a efectos académicos como cuándo los usamos en el laboratorio. Los ácidos fuertes son muy escasos, por lo que una de las formas más fáciles de diferenciarlos de los débiles es memorizar cuáles son. Cualquier otro ácido que no esté en la lista será un ácido débil.

Aspectos clave de los ácidos fuertes y de los ácidos débiles

• Los ácidos fuertes se disocian completamente en disoluciones acuosas, de modo que todas sus moléculas pierden al menos un protón (H⁺) que forma un ion hidronio (H₃O⁺) con la molécula de agua, mientras que los ácidos débiles sólo se disocian parcialmente.
• Los ácidos fuertes son muy pocos, sólo son siete los ácidos fuertes inorgánicos, por lo que para diferenciarlos fácilmente de los débiles se los puede memorizar; si no está en la lista, será un ácido débil.
• Los ácidos fuertes son el ácido clorhídrico (HCl), el ácido nítrico (HNO₃), el ácido sulfúrico (H₂SO₄), el ácido bromhídrico (HBr), el ácido yodhídrico (HI), el ácido perclórico (HClO₄) y el ácido clórico (HClO₃).
• El único ácido débil formado a partir de la reacción de un elemento halógeno es el ácido fluorhídrico (HF). Si bien técnicamente es un ácido débil, el ácido fluorhídrico es altamente corrosivo.

Ácidos fuertes

Los ácidos fuertes se disocian completamente en disoluciones acuosas, liberando cada molécula al menos un protón (catión H⁺) que forma un ion hidronio (H₃O⁺) con la molécula de agua. Los ácidos fuertes inorgánicos más comunes son siete.

• Ácido clorhídrico (HCl)
• Ácido nítrico (HNO₃)
• Ácido sulfúrico (H₂SO₄)
• Ácido bromhídrico (HBr)
• Ácido yodhídrico (HI)
• Ácido perclórico (HClO₄)
• Ácido clórico (HClO₃)

Los siguientes ejemplos son reacciones típicas de ionización de ácidos fuertes en soluciones acuosas.

HCl → H⁺ + Cl^–

HNO₃ → H⁺ + NO₃^–

H₂SO₄ → 2H⁺ + SO₄^–

Es necesario dejar claro que en estas reacciones los iones hidrógeno tienen carga positiva, son cationes, y que la dirección de la reacción es sólo hacia los productos, lo cual indica que todas las moléculas de reactivo se disocian.

Ácidos débiles

Los ácidos débiles no se disocian completamente en soluciones acuosas; es decir, una cierta cantidad de moléculas de reactivo permanecen con su composición original. Es el caso del ácido fluorhídrico (HF). Son mucho más los ácidos débiles que los fuertes. La mayoría de los ácidos orgánicos son débiles, con algunas excepciones como el ácido p-toluenosulfónico, que se disocia bastante, aunque no totalemente. A continuación se enumeran algunos ácidos débiles ordenados de acuerdo a su acidez en forma decreciente.

• HO₂C₂O₂H – ácido oxálico
• H₂SO₃ – ácido sulfuroso
• HSO₄^–– ion sulfato de hidrógeno
• H₃PO₄ – ácido fosfórico
• HNO₂ – ácido nitroso
• HF – ácido fluorhídrico
• HCO₂H – ácido metanoico
• C₆H₅COOH – ácido benzoico
• CH₃COOH – ácido acético
• HCOOH – ácido fórmico

Un ejemplo de una reacción de ionización de un ácido débil es el ácido acético, que genera cationes hidronio y aniones acetato.

CH₃COOH + H₂O ⇆ H₃O⁺ + CH₃COO^–

Es de destacar que en este caso, a diferencia de los ácidos fuertes, la reacción se da en ambas direcciones, tal como indica la doble flecha. En este caso, debido a que la reacción inversa es más probable, sólo alrededor del 1% de las moléculas de ácido acético se disocian, mientras que las restantes permanecen con su composición original.

Cómo distinguir entre ácidos fuertes y ácidos débiles

El valor de la constante de equilibrio de la reacción de disociación indica si un ácido es fuerte o es débil. Esto es, la constante de disociación ácida K_a, es la constante de equilibrio de la reacción de disociación del ácido en un medio acuoso (también se utiliza el parámetro logarítmico, pK_a=-logK_a). El valor de K_a es grande en el caso de los ácidos fuertes (y el de pK_a es pequeño); en los ácidos débiles el valor de K_a es pequeño (y el de pK_a es grande).

Fuerte o débil en relación con concentrado o diluido

Hay que tener cuidado para no confundir los términos fuerte y débil con concentrado y diluido. Un ácido concentrado tiene gran cantidad de ácido en la solución acuosa; uno diluido tiene poca cantidad de ácido. Por ejemplo, si se tiene ácido acético 12M (concentración de 12 moles por litro) de un ácido, se tiene una solución concentrada, pero el ácido sigue siendo débil. Una disolución de ácido clorhídrico 0.0005 M (concentración de 0.0005 moles por litro) es una solución diluida, pero el ácido sigue siendo fuerte.

Diferencia entre fuerte y corrosivo

Es posible beber ácido acético diluido (lo que de hecho es el vinagre), pero beber la misma concentración de ácido sulfúrico produciría una tremenda quemadura química. El término corrosivo (en este caso lo es el ácido sulfúrico) se refiere al daño que genera el ácido en el material con el que entra en contacto, mientras que el ser fuerte o débil es una característica propia del ácido. Si bien los ácidos suelen ser corrosivos, algunos carboranos son ácidos muy fuertes, mucho más fuertes que el ácido sulfúrico, pero pueden tenerse en la mano sin que dañen la piel, mientras que el ácido fluorhídrico, aun siendo un ácido débil, destruiría los tejidos de la mano al mínimo contacto.

Fuentes

• Housecroft, C. E. Inorganic Chemistry. (segunda edición) Prentice Hall. Sharpe, A. G. (2004). ISBN 978-0-13-039913-7.
• Porterfield, William W. Inorganic Chemistry. (1984). Addison-Wesley. ISBN 0-201-05660-7.
• Trummal, A., Lipping, L., et al. Acidity of strong acids in water and dimethyl sulfoxide. J. Phys. Chem. A. 120(20) (2016) 3663–3669. doi:10.1021/acs.jpca.6b02253