Los ácidos son sustancias mucho más comunes de lo que muchas personas piensan. Están presentes en toda clase de lugares de los alimentos que comemos, los líquidos que bebemos, las baterías que proporcionan energía a nuestros dispositivos y más. Además de ubicuos, los ácidos también son muy variados en lo que respecta a sus propiedades, la más importante de las cuales es, por cierto y precisamente, su acidez. En las siguientes secciones repasaremos el concepto de ácido desde distintos puntos de vista, definiremos qué son los ácidos fuertes y veremos también ejemplos de los ácidos más fuertes conocidos por la ciencia.
¿Qué es un ácido?
Existen varios conceptos distintos de ácidos y bases. Según tanto Arrhenius como Bromsted y Lowry, un ácido es cualquier sustancia química que tiene la capacidad de liberar protones (iones H+) en disolución. A pesar de que este concepto es apropiado para la gran mayoría de los compuestos que consideramos ácidos, es inadecuado para otras sustancias que se comportan como ácidos y que producen disoluciones con pH ácido, pero que, pese a ello, ni siquiera poseen cationes hidrógeno en su estructura.
En vista de lo anterior, el concepto más amplio y más aceptado de ácido el de los ácidos de Lewis, según el cual un ácido es toda aquella sustancia química deficiente de electrones (generalmente con un octeto incompleto) capaz de recibir un par de electrones por parte de una base, formando así un enlace covalente dativo o coordinado. Este concepto es mucho más general que los demás, ya que permite expandir el concepto de ácidos y bases más allá de las disoluciones acuosas a las que estamos acostumbrados.
¿Cómo se mide la acidez?
Si queremos hablar acerca de ácidos fuertes y débiles, debemos tener una forma de medir la fuerza relativa de los ácidos, es decir, debemos poder medir su acidez para sí poder comparar. En disoluciones acuosas, la acidez se mide en términos de la capacidad de generar iones hidronio en disolución, bien sea por donación directa de protones a moléculas de agua:
o por coordinación de moléculas de agua que producen la pérdida de un protón a una segunda molécula de agua:
En ambos casos se trata de reacciones reversibles que tienen asociada una constante de equilibrio iónico denominada constante de disociación ácida o constante de acidez (Ka). El valor de esta constante, o su logaritmo negativo, denominado pKa, se suele utilizar como medida de la acidez de un ácido. En este sentido, mientras mayor sea el valor de la constante de acidez (o menor el valor de su pKa), más fuerte será un ácido, y viceversa.
Otra forma de medir el grado de acidez que resulta similar, aunque un poco más directa, es midiendo experimentalmente el pH de disoluciones de diferentes ácidos, pero con la misma concentración molar. Mientras menor sea el pH, más ácida es la sustancia.
La acidez de los superácidos
A pesar de que las formas anteriores de medir la acidez son adecuadas para los ácidos en disolución acuosa, no sirve para aquellos casos en los que los ácidos están disueltos en otros disolventes (en particular, en disolventes apróticos o que no poseen hidrógeno) ni mucho menos en el caso de los ácidos puros. Además, el agua y otros disolventes tienen lo que se denomina un efecto nivelador de la acidez, que hace que todos los ácidos luego de cierto nivel de acidez, se comporten de la misma manera en disolución.
Para resolver esta dificultad, que todos los ácidos fuertes en disolución acuosa presentan la misma acidez, se han diseñado otras formas de medir la acidez. Estas se denominan, en conjunto, funciones de acidez, y la más común es la función de acidez de Hammett o H0. Esta función es un concepto similar al del pH, y representa la capacidad que tiene un ácido de Bromsted para protonar a una base genérica muy débil, tal como la 2,4,6-trinitroanilina, y viene dada por:
En este caso, pKHB+ es el logaritmo negativo de la constante de acidez del ácido conjugado de la base débil cuando esta se disuelve en el ácido puro, [B] es la concentración molar de la base sin protonar y [HB+] es la concentración de su ácido conjugado. Mientras menor sea H0, mayor es la acidez. A manera de referencia, el ácido sulfúrico tiene un valor de la función de Hammett de -12.
Ácidos fuertes y ácidos débiles
Se consideran ácidos fuertes todos aquellos que se disocian completamente en disolución acuosa. Es decir que son aquellos para los que la disociación en agua es un proceso irreversible. Por otro lado, los ácidos débiles son los que no se disocian completamente en agua debido a que su disociación es reversible y tienen asociada una constante de acidez relativamente baja.
Los Superácidos
Además de los ácidos fuertes, existen también los superácidos. Estos son todos aquellos ácidos que sean más fuertes que el ácido sulfúrico puro. Estos ácidos son tan fuertes que son capaces de protonar inclusive a sustancias que normalmente consideramos como neutras, e incluso pueden protonar a otros ácidos fuertes.
Lista de ácidos fuertes comunes
Los ácidos fuertes más comunes son:
- Ácido sulfúrico (H2SO4, solo la primera disociación)
- Ácido nítrico (HNO3)
- Ácido perclórico (HClO4)
- Ácido clorhídrico (HCl)
- Ácido yodhídrico (HI)
- Ácido bromhídrico (HBr)
- Ácido trifluoroacético (CF3COOH)
Existen algunos ejemplos adicionales de ácidos fuertes, pero la mayoría de los ácidos son débiles.
Ácido fluoroantimónico: El ácido más fuerte del mundo
El ácido más fuerte que se conoce es un superácido denominado ácido fluoroantimónico cuya fórmula es HSbF6. El mismo se prepara haciendo reaccionar el pentafluoruro de antimonio (SbF5) con fluoruro de hidrógeno (HF).
Esta reacción genera el ion hexacoordinado [SbF6-] el cual es extremadamente estable debido a múltiples estructuras de resonancia que reparten y estabilizan la carga negativa sobre 6 átomos de flúor que es el elemento más electronegativo de la tabla periódica.
En términos de acidez, este ácido posee un valor de la función de acidez de Hammett que se encuentra entre – 21 y –24, lo que significa que este ácido es entre 109 y 1012 veces más ácido que el ácido sulfúrico puro (recordemos que la función de acidez de Hammett es una función logarítmica por lo que cada cambio de una unidad implica un cambio de un orden de magnitud).
Lísta de otros superácidos
- Ácido tríflico o ácido trifluorometanosulfónico (CF3SO3H)
- Ácido fluorosulfónico (FSO3H)
- Ácido mágico (SbF5)-FSO3H
Referencias
Brønsted-Lowry Superacids and the Hammett Acidity Function. (2021, octubre 4). https://chem.libretexts.org/@go/page/154234
Chang, R. (2021). Quimica (11.a ed.). MCGRAW HILL EDDUCATION.
Farrell, I. (2021, 21 octubre). What’s the strongest acid in the world? RSC Education. https://edu.rsc.org/everyday-chemistry/whats-the-strongest-acid-in-the-world/4014526.article
Ganninger, D. (2020, 26 octubre). The Strongest Acid in the World – Knowledge Stew. Medium. https://medium.com/knowledge-stew/the-strongest-acid-in-the-world-eb7700770b78#:%7E:text=Fluoroantimonic%20acid%20is%20the%20strongest,a%20host%20of%20other%20substances
SciShow. (2016, 19 diciembre). The Strongest Acids in the World [Vídeo]. YouTube. https://www.youtube.com/watch?v=cbN37yRV-ZY
