Neutralización en la vida diaria
Lo que vas a aprender
- Escribir y balancear la ecuación de neutralización de un ácido con un hidróxido, un bicarbonato o un carbonato.
- Calcular cuánta base se necesita para neutralizar una cantidad dada de ácido, y al revés.
- Explicar que neutralizar transforma el ácido en otras sustancias y no lo hace desaparecer.
Para qué
¿Para qué sirve esto?
Cuando a alguien le arde el estómago después de una comida pesada, a veces toma un antiácido. Cuando un cultivo de papa o de café no prospera porque el suelo es demasiado ácido, el agrónomo recomienda echarle cal. En los dos casos pasa la misma reacción: una neutralización, en la que una base reacciona con un ácido.
En esta lección vas a escribir esas reacciones, a balancearlas y a calcular cuánta base reacciona con cierta cantidad de ácido. Todas las cantidades son inventadas para practicar: no son dosis de ningún medicamento ni recomendaciones para un cultivo. Esas decisiones las toma un médico o un agrónomo con datos reales.
Antes de empezar repasa cómo se forma una sal (ácido + hidróxido → sal + agua) y la cadena gramos → moles → gramos. Las masas atómicas son las escolares (H = 1, C = 12, N = 14, O = 16, Na = 23, Mg = 24, Al = 27, S = 32, Cl = 35,5, Ca = 40).
Explicación
Qué pasa en una neutralización
Un ácido libera iones H⁺ en el agua; una base los recoge. En la neutralización clásica, el H⁺ del ácido y el OH⁻ del hidróxido se unen y forman agua, y los iones que quedan forman una sal:
$$\mathrm{HCl + NaOH \rightarrow NaCl + H_2O}$$
Neutralizar no es eliminar el ácido. Los átomos del HCl siguen ahí: el hidrógeno quedó en el agua y el cloro en la sal. Lo que desaparece es la acidez, porque los H⁺ ya no están libres. La ley de conservación de la masa se cumple como en cualquier reacción.
La base decide cuánto ácido consume
Cada OH⁻ de un hidróxido recoge un H⁺. Por eso un mol de NaOH neutraliza un mol de HCl, pero un mol de hidróxido de magnesio, Mg(OH)₂, que tiene dos OH⁻, neutraliza dos:
$$\mathrm{Mg(OH)_2 + 2HCl \rightarrow MgCl_2 + 2H_2O}$$
Lo mismo pasa con el ácido: el ácido sulfúrico, H₂SO₄, tiene dos hidrógenos ácidos y necesita dos OH⁻. Al balancear, cuenta los H⁺ que entrega el ácido y los H⁺ que recoge la base: tienen que ser iguales. Un hidróxido recoge uno por cada OH⁻ que trae, y en la sección siguiente verás bases sin OH⁻ que también los recogen.
Bases que no son hidróxidos: bicarbonatos y carbonatos
El bicarbonato de sodio, NaHCO₃, y el carbonato de calcio, CaCO₃, también neutralizan ácidos, aunque no tienen OH⁻. Con ellos se forma ácido carbónico, que se descompone de inmediato en agua y dióxido de carbono. Por eso aparece un tercer producto, el CO₂, que se ve como burbujas:
$$\mathrm{NaHCO_3 + HCl \rightarrow NaCl + H_2O + CO_2}$$ $$\mathrm{CaCO_3 + 2HCl \rightarrow CaCl_2 + H_2O + CO_2}$$
Un ion bicarbonato recoge un H⁺; un ion carbonato recoge dos.
El estómago y los antiácidos
El jugo del estómago contiene ácido clorhídrico, HCl, que ayuda a digerir. Los antiácidos son bases suaves, como el Mg(OH)₂ (la leche de magnesia) o el NaHCO₃. Al reaccionar con parte del HCl, lo transforman en una sal, agua y, con el bicarbonato, CO₂. No se trata de acabar con todo el ácido: el estómago lo necesita.
El suelo ácido y la cal
Un suelo es ácido cuando tiene demasiados iones H⁺. Muchas plantas crecen mal en él. La cal agrícola es carbonato de calcio molido: al mezclarse con el suelo, sus iones carbonato recogen H⁺ y salen agua y CO₂. La acidez de un suelo viene de varias sustancias a la vez; para hacer cuentas, en los problemas la representamos con un solo ácido conocido, como el ácido nítrico, HNO₃. Es un modelo para practicar, no la composición real de un suelo.
Cómo se calcula cuánto se necesita
La pregunta típica es: ¿cuánta base reacciona con cierta masa de ácido? Se resuelve con la misma cadena de la estequiometría:
$$\text{g de ácido} \rightarrow \text{mol de ácido} \rightarrow \text{mol de base} \rightarrow \text{g de base}$$
El paso del centro sale de los coeficientes de la ecuación balanceada. Si te equivocas en el balanceo, toda la cuenta queda mal: por eso se balancea y se comprueba primero.
Ejemplo resuelto
El hidróxido de magnesio frente al ácido clorhídrico
En un vaso de laboratorio, 0,58 g de Mg(OH)₂ reaccionan con ácido clorhídrico (cantidades inventadas). ¿Cuántos gramos de HCl neutralizan?
Ver la solución paso a paso
La ecuación balanceada: los dos OH⁻ recogen dos H⁺.
$$\mathrm{Mg(OH)_{2} + 2HCl \rightarrow MgCl_{2} + 2H_{2}O}$$
La masa molar del hidróxido de magnesio: 24 + 2 × (16 + 1).
$$M_m\left(\mathrm{Mg(OH)_{2}}\right) = 58$$
De gramos a moles:
$$\frac{0{,}58}{M_m\left(\mathrm{Mg(OH)_{2}}\right)} = 0{,}01$$
Cada mol de Mg(OH)₂ neutraliza dos de HCl:
$$\frac{0{,}01 \cdot 2}{1} = 0{,}02$$
De moles de HCl a gramos, con 36,5 g/mol:
$$0{,}02 \cdot M_m\left(\mathrm{HCl}\right) = 0{,}73$$
La cadena completa:
$$\frac{0{,}58 \cdot \frac{2}{1} \cdot M_m\left(\mathrm{HCl}\right)}{M_m\left(\mathrm{Mg(OH)_{2}}\right)}$$
Reaccionan 0,73 g de HCl, que se transforman en cloruro de magnesio y agua.
$$0{,}73$$
Respuesta: $0{,}73$
Los 0,58 g de hidróxido de magnesio del ejemplo con 1 g de ácido clorhídrico. Haz reaccionar: la base neutraliza 0,73 g de HCl y sobran 0,27 g; se forman 0,95 g de MgCl₂. Cambia los gramos de la base y mira cuánto ácido consume.
Ejemplo resuelto
El bicarbonato y sus burbujas
¿Cuántos gramos de NaHCO₃ hacen falta para neutralizar 0,73 g de HCl, y cuántos gramos de CO₂ se desprenden (cantidades inventadas)?
Ver la solución paso a paso
La ecuación balanceada; aquí la relación es uno a uno:
$$\mathrm{NaHCO_{3} + HCl \rightarrow NaCl + H_{2}O + CO_{2}}$$
De gramos de HCl a moles:
$$\frac{0{,}73}{M_m\left(\mathrm{HCl}\right)} = 0{,}02$$
Hacen falta 0,02 mol de bicarbonato, con masa molar 23 + 1 + 12 + 3 × 16 = 84 g/mol:
$$\frac{0{,}73 \cdot \frac{1}{1} \cdot M_m\left(\mathrm{NaHCO_{3}}\right)}{M_m\left(\mathrm{HCl}\right)}$$
Son 1,68 g de bicarbonato.
$$1{,}68$$
Y sale también 0,02 mol de CO₂, que es el gas de las burbujas:
$$\frac{0{,}73 \cdot \frac{1}{1} \cdot M_m\left(\mathrm{CO_{2}}\right)}{M_m\left(\mathrm{HCl}\right)}$$
Se desprenden 0,88 g de CO₂.
$$0{,}88$$
Respuesta: 1,68 g de NaHCO₃; se desprenden 0,88 g de CO₂.
Ejemplo resuelto
Cal para un suelo ácido
En una prueba de laboratorio, la acidez de una muestra de suelo se representa con 126 g de HNO₃ (modelo con cantidades inventadas). ¿Cuántos gramos de cal agrícola, CaCO₃, la neutralizan?
Ver la solución paso a paso
Un carbonato recoge dos H⁺, así que hacen falta dos HNO₃ por cada CaCO₃:
$$\mathrm{CaCO_{3} + 2HNO_{3} \rightarrow Ca(NO_{3})_{2} + H_{2}O + CO_{2}}$$
La masa molar del ácido nítrico es 63 g/mol, así que hay 2 mol de ácido:
$$\frac{126}{M_m\left(\mathrm{HNO_{3}}\right)} = 2$$
Por la ecuación, la mitad de esos moles es de carbonato:
$$2 \cdot \frac{1}{2} = 1$$
La cadena completa, con 100 g/mol para el CaCO₃:
$$\frac{126 \cdot \frac{1}{2} \cdot M_m\left(\mathrm{CaCO_{3}}\right)}{M_m\left(\mathrm{HNO_{3}}\right)}$$
Hacen falta 100 g de carbonato de calcio. El ácido no desaparece: queda como nitrato de calcio, agua y CO₂.
$$100$$
Respuesta: $100$
Práctica
Balancea la neutralización del antiácido. El paréntesis multiplica: Mg(OH)₂ trae 2 O y 2 H. Cuadra primero el cloro y después el agua.
El hidróxido de aluminio también se usa como antiácido. ¿Qué coeficiente va en el lugar del signo de interrogación en Al(OH)₃ + ? HCl → AlCl₃ + 3H₂O?
Los tres OH⁻ recogen tres H⁺, y en la sal hay tres cloros: van 3 HCl.
¿Verdadero o falso? Esta neutralización está balanceada: $\mathrm{Mg(OH)_{2} + HCl \rightarrow MgCl_{2} + H_{2}O}$
La sal tiene dos cloros y a la izquierda solo hay uno; los hidrógenos tampoco cuadran. Balanceada: Mg(OH)₂ + 2HCl → MgCl₂ + 2H₂O.
¿Verdadero o falso? Esta reacción del carbonato de calcio con el ácido clorhídrico está balanceada: $\mathrm{CaCO_{3} + 2HCl \rightarrow CaCl_{2} + H_{2}O + CO_{2}}$
Un calcio, un carbono, tres oxígenos, dos hidrógenos y dos cloros a cada lado.
¿Cuántos moles de HCl neutraliza 1 mol de Mg(OH)₂?
Cada OH⁻ recoge un H⁺, y el Mg(OH)₂ tiene dos OH⁻.
¿Cuántos gramos de NaOH neutralizan 3,65 g de HCl (HCl + NaOH → NaCl + H₂O)?
3,65 g de HCl son 0,1 mol; reaccionan con 0,1 mol de NaOH, que pesa 0,1 × 40 g = 4 g.
En la reacción anterior, con 3,65 g de HCl, ¿cuántos gramos de cloruro de sodio, NaCl, se forman? Escribe el resultado con dos decimales.
Sale 0,1 mol de NaCl, y su masa molar es 23 + 35,5 = 58,5 g/mol: 5,85 g. El ácido quedó transformado en sal y agua.
La reacción del hidróxido de calcio con el ácido sulfúrico es Ca(OH)₂ + H₂SO₄ → CaSO₄ + 2H₂O. ¿Cuántos gramos de Ca(OH)₂ neutralizan 9,8 g de H₂SO₄? Escribe el resultado con un decimal.
9,8 g de ácido son 0,1 mol (98 g/mol); reaccionan con 0,1 mol de Ca(OH)₂, de 74 g/mol: 7,4 g.
¿Cuántos gramos de CO₂ se desprenden cuando 10 g de CaCO₃ reaccionan por completo con ácido clorhídrico en exceso (CaCO₃ + 2HCl → CaCl₂ + H₂O + CO₂)? Escribe el resultado con un decimal.
10 g de CaCO₃ son 0,1 mol, y por cada mol de carbonato sale uno de CO₂: 0,1 × 44 g = 4,4 g.
¿Verdadero o falso? Gramo por gramo, el Mg(OH)₂ neutraliza más HCl que el NaHCO₃: $\frac{2}{M_m\left(\mathrm{Mg(OH)_{2}}\right)} > \frac{1}{M_m\left(\mathrm{NaHCO_{3}}\right)}$
Un gramo de Mg(OH)₂ son 1/58 de mol y recoge el doble de H⁺: 2/58 ≈ 0,034 mol de HCl. Un gramo de NaHCO₃ recoge 1/84 ≈ 0,012 mol.
Después de neutralizar ácido clorhídrico con hidróxido de sodio, ¿qué pasó con el ácido?
En una reacción los átomos se conservan. Neutralizar quita la acidez porque los H⁺ dejan de estar libres, pero los átomos del ácido siguen en los productos.
Reto
Une cada base con su masa molar.
Suma las masas de los átomos con H = 1, C = 12, O = 16, Na = 23, Mg = 24, Al = 27 y Ca = 40. El paréntesis multiplica.
Reto
Completa los coeficientes de las neutralizaciones.
Cuenta los H⁺ que entrega el ácido y los que recibe la base: tienen que ser iguales.
Cierre
En resumen
En una neutralización los H⁺ del ácido se unen a la base; con un hidróxido se forman sal y agua, y con un carbonato o un bicarbonato, además CO₂.
Neutralizar no elimina el ácido; lo transforma en otras sustancias y los átomos se conservan.
Cada OH⁻ recoge un H⁺ y cada carbonato recoge dos; eso fija los coeficientes.
Cuánta base hace falta se calcula con la cadena gramos de ácido → moles → razón de coeficientes → gramos de base.
Los antiácidos y la cal agrícola son neutralizaciones; las cantidades reales las decide un profesional, no un ejercicio.
Vocabulario
- Neutralización
Reacción de un ácido con una base en la que los H⁺ del ácido se unen a la base; se forman una sal y agua, y con carbonatos además CO₂.
- Antiácido
Sustancia básica que reacciona con parte del ácido del estómago, como el hidróxido de magnesio o el bicarbonato de sodio.
- Cal agrícola
Carbonato de calcio molido que se mezcla con un suelo ácido para neutralizar parte de su acidez.
- Equivalencia
Punto en el que la base añadida alcanza justo para todos los H⁺ del ácido, según la ecuación balanceada.
Guía para el docente
Tiempos
- Inicio · 5 min — Pregunte para qué se echa cal a un potrero o a un cultivo, y qué creen que le pasa al ácido.
- Explicación · 15 min — Neutralización con hidróxidos y con carbonatos; los tres ejemplos en el tablero, con la ecuación balanceada antes de la cuenta.
- Práctica · 20 min — Preguntas y retos en parejas; pida que cada pareja balancee antes de calcular.
- Cierre · 5 min — Que cada estudiante escriba en una frase por qué neutralizar no es eliminar el ácido.
Preguntas para el salón
- Si los átomos del ácido siguen ahí después de neutralizar, ¿por qué deja de ser ácido?
- ¿Por qué el bicarbonato hace burbujas y el hidróxido de magnesio no?
- ¿Por qué no conviene neutralizar todo el ácido del estómago?
Errores típicos
- Decir que la base «elimina» o «destruye» el ácido. Pida rastrear cada átomo del HCl hasta un producto de la ecuación balanceada.
- Usar la relación uno a uno con bases de dos OH⁻ o con carbonatos. Haga contar los H⁺ del ácido y los que recoge la base antes de escribir los coeficientes.
- Olvidar el CO₂ en la reacción de un carbonato o un bicarbonato. Muestre que sin el CO₂ la ecuación no balancea el carbono.
- Tomar las cantidades de los ejercicios como dosis o recomendaciones reales. Recalque que son inventadas y que la dosis de un medicamento o la cal de un cultivo las decide un profesional.
Tarea sugerida
Escribir y balancear la reacción del Al(OH)₃ con HCl y calcular cuántos gramos de HCl neutralizan 7,8 g de Al(OH)₃ (cantidad inventada).