O que são ácidos e bases?

Na água pura a 25 °C, apenas cerca de duas moléculas em cada bilhão se separam em íons. Essa quantidade minúscula é o ponto de partida para entender ácidos e bases.

Vinagre, suco de limão e o ácido do estômago têm sabor ou ação ácida e intensa. Sabão, bicarbonato de sódio e limpador de forno são escorregadios e amargos. As pessoas já separavam as substâncias nessas duas famílias muito antes de conhecerem os átomos. Em 1680, Robert Boyle descreveu os ácidos como soluções que dissolvem muitas substâncias, alteram as cores de alguns corantes naturais e perdem essas propriedades ao entrar em contato com um álcali. No século XVIII, os químicos acrescentaram que os ácidos reagem com calcário liberando um gás, hoje conhecido como dióxido de carbono, e que ácidos e álcalis juntos produzem substâncias neutras.

Do hidrogênio ao hidrônio

Em 1815, Humphry Davy mostrou que o hidrogênio, e não o oxigênio, é o ingrediente essencial dos ácidos. Em 1884, Svante Arrhenius apresentou a primeira definição moderna: um ácido é um composto que se dissolve em água e produz íons hidrogênio, e uma base é um composto que se dissolve em água e produz íons hidróxido, OH⁻. Um íon hidrogênio isolado é apenas um próton e, na água, nunca permanece isolado. Ele se liga a uma molécula de água e forma o íon hidrônio, H₃O⁺. Quando o gás cloreto de hidrogênio se dissolve, a solução, chamada ácido clorídrico, fica cheia de íons H₃O⁺ e Cl⁻.

Ácidos doam prótons, bases os recebem

Em 1923, Johannes Brønsted e Thomas Lowry propuseram uma ideia mais ampla, ainda usada pelos químicos. Um ácido é um doador de prótons e uma base é um receptor de prótons. Uma reação ácido-base é simplesmente a transferência de um próton de um para o outro. Quando o fluoreto de hidrogênio se dissolve, HF doa um próton a H₂O, formando H₃O⁺ e F⁻. Quando a amônia se dissolve, NH₃ recebe um próton de H₂O, formando NH₄⁺ e OH⁻. A água atua como base na primeira reação e como ácido na segunda. Substâncias capazes de fazer as duas coisas são chamadas anfipróticas.

Depois que um ácido doa seu próton, o que resta pode receber um próton de volta e, portanto, é uma base. Os químicos a chamam de base conjugada do ácido. F⁻ é a base conjugada de HF, e Cl⁻ é a base conjugada de HCl. No sentido inverso, NH₄⁺ é o ácido conjugado da amônia. Toda reação de Brønsted-Lowry apresenta dois pares desse tipo; cada par liga um ácido à sua base conjugada em lados opostos da seta da reação.

A água reage consigo mesma

Como a água é anfiprótica, duas moléculas de água podem transferir um próton entre si: H₂O + H₂O ⇌ H₃O⁺ + OH⁻. Essa autoionização ocorre em pequena proporção. A 25 °C, cerca de duas em cada bilhão de moléculas de água estão ionizadas, produzindo 1.0 × 10⁻⁷ mol de H₃O⁺ e a mesma quantidade de OH⁻ em cada litro. O produto dessas concentrações, chamado constante do produto iônico da água, é Kw = [H₃O⁺][OH⁻] = 1.0 × 10⁻¹⁴. Ao adicionar um ácido, [H₃O⁺] aumenta e [OH⁻] diminui, mantendo sempre o produto igual a Kw. Essa única equação sustenta toda a escala de pH da próxima unidade.