Ejercicios: Modelos y pares conjugados

La comprensión del comportamiento de los ácidos y las bases evolucionó de forma decisiva a finales del siglo XIX y principios del XX. Considera las sustancias $\mathrm{HCl}$ y $\mathrm{NH}_3$ a $25\,^{\circ}\mathrm{C}$.

1. a) Justifica por qué el cloruro de hidrógeno se comporta como ácido según la teoría de Arrhenius y según la teoría de Brønsted-Lowry, escribiendo la ecuación química que corresponda en disolución acuosa.
2. b) Explica razonadamente por qué una interpretación histórica estricta basada solo en disociar hidróxidos no describe directamente al amoníaco. Escribe su reacción con agua y explica cómo la transferencia protónica origina iones hidróxido, compatible con la definición acuosa ampliada de base.

En el marco de la teoría de Brønsted-Lowry, dos especies químicas forman un par ácido-base conjugado si están relacionadas mediante la transferencia de exactamente un protón ($\mathrm{H}^+$), lo que conlleva una variación de una unidad en su carga eléctrica neta.

1. a) Escribe la fórmula molecular o iónica de la base conjugada de cada una de las siguientes especies químicas ácidas: ion hidrogenosulfato, $\mathrm{HSO}_4^-$, e ion hidronio, $\mathrm{H}_3\mathrm{O}^+$.
2. b) Escribe la fórmula molecular o iónica del ácido conjugado correspondiente a cada una de las siguientes bases: ion hidrogenofosfato, $\mathrm{HPO}_4^{2-}$, y metilamina, $\mathrm{CH}_3\mathrm{NH}_2$.

Se denominan sustancias anfipróticas aquellas que pueden ceder o aceptar protones según la especie química frente a la que reaccionen. El ion hidrogenocarbonato, $\mathrm{HCO}_3^-$, es una especie anfiprótica de gran relevancia en disolución acuosa a $25\,^{\circ}\mathrm{C}$.

1. a) Escribe la reacción ajustada en la que el ion hidrogenocarbonato actúa como ácido de Brønsted-Lowry frente al anión hidróxido, $\mathrm{OH}^-$, identificando los dos pares ácido-base conjugados.
2. b) Escribe la reacción ajustada en la que el ion hidrogenocarbonato actúa como base de Brønsted-Lowry frente al ion oxonio, $\mathrm{H}_3\mathrm{O}^+$, identificando igualmente los dos pares conjugados.

El concepto de neutralización presenta interpretaciones complementarias según el marco teórico utilizado.

1. a) Describe la reacción de neutralización en disolución acuosa entre disoluciones de hidróxido de sodio, $\mathrm{NaOH}$, y ácido nítrico, $\mathrm{HNO}_3$, formulando la ecuación iónica neta y justificando el proceso según la definición de Arrhenius.
2. b) Considera ahora la reacción entre los gases amoníaco, $\mathrm{NH}_3(\mathrm{g})$, y cloruro de hidrógeno, $\mathrm{HCl}(\mathrm{g})$, para formar el sólido blanco cloruro de amonio, $\mathrm{NH}_4\mathrm{Cl}(\mathrm{s})$, en ausencia completa de disolvente. Razona si este proceso es una neutralización según Arrhenius y según Brønsted-Lowry, indicando el ácido, la base y el protón transferido.