ANÁLISIS CIENTÍFICO

ANÁLISIS CIENTÍFICO

Para este componente como le llaman los autores (Sánchez y Valcárcel), indican que el objetivo del análisis científico es doble:

a) la estructuración de los contenidos de enseñanza y aprendizaje
b) la actualización científica del profesor


En seguida se hace mención de los conceptos a los que se epretende llegar con los alumnos:

1. ¿A qué se le llama ácido?
2. ¿A qué se le llama base?
3. ¿Qué caracteriza a los ácidos y a las bases?
4. ¿Qué características, alcances y limitaciones presenta el modelo de Arrhenius?
5. ¿Cómo controlar los efectos del consumo frecuente de los alimentos ácidos?

A continuación se desarrollan estos contenidos:


ÁCIDOS Y BASES

Los ácidos y las bases son sustancias centrales en la vida. Estos compuestos están relacionados con todos los seres vivos, por ejemplo, el ácido clorhídrico es un componente importante de los jugos gástricos y el ácido láctico se forma en los músculos cuando realizamos alguna actividad física.

Muchas sustancias de uso cotidiano, como los refrescos, los jugos de frutas y el vinagre son ácidos; otros, como detergentes, blanqueadores y los productos que se utilizan para destapar las cañerías o para quitar el cochambre de la estufa, son bases. En la industria química algunos ácidos y son materia prima para la fabricación de una multitud de sustancias como los fertilizantes, pigmentos y diversas sales; en la industria alimentaria y en la farmacéutica es necesario controlar la acidez y la basicidad de los alimentos y medicamentos para evitar que éstos se descompongan o pierdan su buena apariencia.




HISTORIA DE LOS ACIDOS Y BASES

Las características de estas sustancias se conocen desde mucho tiempo antes del desarrollo de la química moderna y se usaban con frecuencia en el laboratorio. El ácido más fuerte conocido en la Antigüedad fue el vinagre y hacia el siglo XIII se prepararon en el laboratorio algunos ácidos inorgánicos. Probablemente el primero de éstos fue el ácido nítrico, el cual se obtuvo a partir del salitre (nitrato de sodio y potasio). La primera clasificación de ácidos y bases se basaba fundamentalmente en las diferencias sensacionales que producen estas sustancias.

La palabra ácido se deriva del latín acidus que significa agrio, y que se utilizaba para designar al vinagre. Este compuesto se prepara en el antiguo Egipto dejando agriar en el aire el alcohol obtenido por la fermentación del jugo de las frutas. Los ácidos tienen sabor agrio, cuando los tenemos entre los dedos no resbalan fácilmente unos sobre otros, dejan una sensación de resequedad, dan una coloración especifica a ciertas sustancias llamadas indicadores y, si están muy concentrados, producen quemaduras.

La palabra álcali proviene del árabe al-qualy que significa cenizas de plantas. Se llamó así al carbonato de potasio que se obtiene por combustión de las plantas y posteriormente a todas las sustancias que poseían propiedades semejantes a este producto.

Las bases son de textura jabonosa, tienen un sabor amargo y les da a los indicadores una coloración diferente a la que dan los ácidos.

Durante mucho tiempo los ácidos y las bases se consideraban antagonistas y se suponía que las sales, producto de la reacción entre ambos, resultaban de la neutralización de estos “opuestos”.

Muchos médicos y químicos que utilizaron sustancias para el tratamiento de enfermedades, consideraban que todos los procesos de la vida se reducían a reacciones entre ácidos y bases.

El agua no puede incluirse ni en los ácidos ni en las bases pues no tiene sabor ni sensación jabonosa o áspera y no da un color característico a los indicadores, por lo que es considerada una sustancia neutra.

Estas clasificaciones de los ácidos y bases fueron basadas en principalmente en los sentidos de los primeros investigadores.

Robert Boyle (1627 – 1691) Fue uno de los primeros científicos que busco características que fueran más allá de lo inmediato. Para los ácidos y bases, por ejemplo, describió la reacción con los metales y con la piedra caliza. Algunas de las propiedades utilizadas por él para caracterizar ácidos y bases son las siguientes:

* Ácidos: Tiene sabor agrio, producen una sensación punzante en la piel, cambian el color azul del tornasol en rojo, disuelven ciertos metales y también minerales de carbonato liberando bióxido de carbono.

* Bases: Tiene sabor amargo, producen una sensación resbalosa, cambian el color rojo del tornasol en azul.

* Ambos anulan sus características al combinarse para dar lugar a sustancias de gusto salado.

Esta caracterización permitió clasificar gran cantidad de compuestos como ácidos, bases y sales.

Cuando se acumularon conocimientos prácticos sobre ácidos y bases, se intentó dar explicaciones teóricas al comportamiento de estas sustancias y se consideró que los ácidos eran sustancias cuyos átomos tenían minúsculos clavos para así explicar la picazón que producían en la piel, en tanto que las bases se consideraban cuerpos poroso que podían absorber los clavos de los ácidos, lo que explicaba la neutralización de ambos al reaccionar.

Lavoisier pensaba que todos los ácidos contenían oxígeno y por eso tenían un comportamiento similar.

Humphhry Dhabi en 1810, al realizar su electrólisis, descubrió que el ácido clorhídrico sólo contenía hidrógeno y cloro, pero no oxígeno, hecho que no era suficiente para presentar comportamiento ácido. Existen gran cantidad de sustancias que contienen hidrógeno y no son ácidos, por ejemplo el agua pura y los hidrocarburos. El hidrógeno de los ácidos debía de ser sustituible por un elemento metálico, por lo que al reaccionar un ácido con un metal se liberaba hidrógeno. Así, por ejemplo, el ácido clorhídrico, HCl, reacciona con el magnesio para producir hidrógeno y cloruro de magnesio, que es una sal.

En 1843 el físico Ingles Michael Faraday al trabajar con ácidos, bases y sales descubrió que cuando se hacía pasar una corriente eléctrica a través de electrolitos sumergidos en soluciones de estas sustancias, los ácidos, las bases o las sales se separan en sus iones.

El químico Sueco Svante Arrhenius propuso en 1884 (41 años después), que el agua podía disolver diversos compuestos al separarlos en sus iones individuales, por lo que definió lo siguiente:
ácidos sustancias químicas que contenían hidrógeno y que, disueltas en agua, producían una concentración de iones hidrógeno (H+) mayor que la existente en el agua pura; y a las
bases como sustancias que, disueltas en agua producían un exceso de iones hidroxilo (OH-)


También explica el fenómeno de neutralización ya que, al separarse los iones, hidrógeno e hidroxilo se unan para producir agua, y el no metal de ácido se una al metal de la base para formar las sales.

Como casi todas las teorías, la de Arrhenius también tiene limites uno de ellos fue que el concepto de ácido se limita a especies químicas que contienen hidrógeno y el de la base a las que contienen iones hidroxilo; su segunda limitación es que sólo se refiere a disoluciones acuosas y no es factible aplicarla en muchas reacciones ácido-base que tienen lugar en ausencia de agua.

EL PH

Los químicos usan el pH para indicar de forma precisa la acidez o basicidad de una sustancia. Normalmente oscila entre los valores de 0 (más ácido) y 14 (más básico). En la tabla siguiente aparece el valor del pH para algunas sustancias comunes.

PH QUE PRESENTAN ALGUNAS SUSTANCIAS CORRIENTES
SUSTANCIA PH SUSTANCIA PH
Jugos Gástricos 2,0 Amoníaco Casero 11,5
Limones 2,3 Leche De Magnesia 10,5
Vinagre 2,9 Pasta De Dientes 9,9
Refrescos 3,0 Disolución Saturada
De Bicarbonato Sódico 8,4
Vino 3,5 Agua De Mar 8,0
Naranjas 3,5 Huevos Frescos 7,8
Tomates 4,2 Sangre Humana 7,4
Lluvia Ácida 5,6 Saliva (Al Comer) 7,2
orina humana 6,0 agua pura 7,0
leche de vaca 6,4 saliva (reposo) 6,6

INDICADORES

Un indicador es una sustancia que en medio acuoso adquieren un color característico en presencia de ácidos o bases.

Los indicadores generalmente son de origen vegetal. Por ejemplo; el agua de jamaica en presencia de un ácido es de color rojo y en presencia de una base toma una coloración azul, al igual que la tintura de tornasol. El té negro es de un color café en un medio básico, y amarillo en un medio ácido.

Algunos colorantes que contienen las flores también nos sirven como indicadores, de hecho algunas de ellas toman un color si se cultivan en un suelo ácido, y otro en un suelo básico. Por ejemplo, las hortensias son rosas si crecen en tierra básica y azules en tierra ácida.

Podemos preparar indicadores extrayendo los colorantes de las flores o de las verduras, así como también moliendo col morada en la licuadora con agua y posteriormente colando; el colorante de algunas flores como claveles o rosas, los podemos extraer al triturar los pétalos con alcohol o agua.

Para probar la efectividad del indicador es necesario investigar qué coloración adquiere con las sustancias comunes que hemos clasificado como ácidos o bases, agregando a éstas unos mililitros del extracto de colorante (la cantidad puede variar dependiendo tanto de la cantidad de sustancias como del color del colorante, que puede ir desde unas cuantas gotas hasta 5 – 10 ml).

SUSTANCIAS COMUNES

ACIDOS BASES
Jugo de limón Champú
Jugo de naranja Limpiador de estufa
Jugo de toronja Jabones
Vinagre Detergentes

Si los colorantes extraídos toman una coloración diferente en presencia de ácidos o bases, son entonces indicadores.


CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES DE LOS INDICADORES

Los indicadores son compuestos orgánicos con estructuras complejas, cuyo color cambia de acuerdo con su ionización.

Uno de los primeros indicadores conocidos es el tornasol. Como la coloración de estos compuestos es muy intensa, basta con unas cuantas gotas para determinar si una sustancia es ácida o base.

Cuando se agrega indicador a una sustancia que no es ácida ni base, como el agua destilada, se obtiene una coloración intermedia.