El término "ácido" forma parte del lenguaje común. Ciertos alimentos, como la naranja o el limón, poseen sabor ácido, esa sensación cortante que nos eriza la piel pero que no es totalmente desagradable. Un comentario ácido es precisamente un comentario cortante que, ahora sí, resulta desagradable. En cambio, en Honduras, una persona ácida es aquella que es experta en algo. Tomar ácido es ingerir una de las primeras drogas de diseño, el LSD. Es preocupante lo popular que es esta última acepción, que puede corroborarse fácilmente introduciendo la palabra "ácido" en alguno de los motores de búsqueda de la red.

La ciencia moderna ha ampliado sobremanera el alcance del término. Se habla del ADN y del ARN, los ácidos nucleicos responsables de la herencia genética. Aparecen también con frecuencia los ácidos grasos, saturados e insaturados, que tan importantes son en nuestra dieta. El ácido acetilsalicílico es el nombre técnico de la Aspirina, que tantos y tantos dolores de cabeza nos ha permitido sobrellevar. Sabemos que las baterías de los automóviles contienen ácido, y desde hace casi cuarenta años se habla con insistencia de la lluvia ácida.

El término “álcali”, o también “base”, está igualmente presente en nuestras vidas, aunque en menor medida. Algunos álcalis, utilizados en la limpieza de hornos y encimeras, son cáusticos, término que indica un cierto peligro para nuestra integridad, sobre todo para la piel. Los ácidos nucleicos, ADN y ARN, contienen bases en su interior, las bases nitrogenadas, para perplejidad de los jóvenes estudiantes de biología. La complejidad no acaba ahí, puesto que las proteínas, el verdadero edificio estructural de los seres vivos, son ácidos y bases a la vez.

Un poco de historia

Las bases o álcalis se conocen de muy antiguo, probablemente desde 2800 aC. Las cenizas de la madera, tratadas con agua y expuestas al sol, o hervidas, para evaporar el líquido, generan una substancia de tacto jabonoso que ataca la piel. De hecho, el término “álcali” es la palabra árabe para “ceniza”. El nombre potasa, uno de los álcalis más conocidos, proviene del anglosajón “pot–ash”, es decir, “ceniza de cuenco”. Este extracto concentrado de cenizas fue utilizado antaño en el tratamiento de pieles, así como en la fabricación de jabón y en la limpieza en general.

La preparación y uso de ácidos requirió más tiempo, bastante más, aunque el término es como mínimo de origen grecolatino, y designa el sabor del vinagre, de algunas frutas, y de otros alimentos. Más adelante, entre los siglos VIII y IX, los alquimistas árabes observaron que el calentamiento en seco de algunos minerales, notablemente de los vitriolos, generaban vapores de sabor ácido… cosa que indica el grado de exposición del experimentador a estas substancias… por otro lado tan frecuente en los pioneros de la ciencia.

Vitriolo Azul, sulfato de cobre.  Los vitriolos son minerales de aspecto vítreo, y corresponden a sulfatos de diferentes metales.  El vitrolo verde, sulfato de hierro, es la materia prima de la que se obtuvo por primera vez el ácido sulfúrico.

Sin embargo, en esa época no se conocía cómo condensar esos vapores. Hubo que esperar hasta el siglo XII, con el perfeccionamiento de la destilación, gracias al desarrollo de la condensación mediante retortas refrigeradas con serpentines de agua.

A partir de entonces, se obtuvo el agua fuerte por destilación de salitre, alumbre y vitriolo, así como el aceite de vitriolo, por destilación del vitriolo verde. Todo esto sucedía hacia el siglo XII. Más tarde, durante el siglo XV, se obtuvo ácido muriático, por destilación de la mezcla de sal de roca y vitriolo verde.

El agua fuerte corresponde hoy en día al ácido nítrico, capaz de separar el oro de la plata, puesto que ataca esta última. El aceite de vitriolo es el ácido sulfúrico, importantísimo compuesto del que hablaremos en breve. Finalmente, el ácido muriático corresponde actualmente al ácido clorhídrico, capaz de atacar algunos metales como el hierro, el zinc o el níquel, pero no el cobre, la plata o el oro. La mezcla de ácido nítrico y ácido clorhídrico se conoce como agua regia, el agua de reyes, pues es capaz de atacar el oro. Curiosamente, el agua regia se obtuvo dos siglos antes que el ácido clorhídrico puro, demostrando así que es mucho más fácil mezclar que separar. Esta afirmación es de validez universal en ciencia, pero no lo es, desgraciadamente, cuando se refiere al comportamiento colectivo del ser humano…

Esta capacidad para atacar metales se reveló como la quintaesencia de los poderes de transformación, y la característica más relevante de los ácidos. Ante ese nuevo poder, no debe extrañar, entonces, la obsesiva aunque infructuosa búsqueda de la receta para transformar los metales en oro, que tan injustamente caracteriza a los alquimistas medievales. 

Una consecuencia del poder de los ácidos es que el almacenaje de estos “espíritus” requirió desarrollar envases más resistentes que los metales. Curiosamente, el vidrio, tan frágil mecánicamente, resultó el material más adecuado, demostrando una vez más la disparidad que puede existir entre la resistencia mecánica y la resistencia química.

La relación entre los ácidos y los álcalis surge con el descubrimiento que estos últimos son las substancias capaces de neutralizar el poder atacante de los ácidos. Además, un único álcali, mezclado con diferentes ácidos, daba lugar a diferentes sales, sólidos de los que la sal de cocina es el representante más conocido. Es decir, un álcali como la potasa servía de base, al mezclarse con cada uno de los ácidos minerales conocidos, para preparar diferentes sales, y de ahí que base sea el nombre moderno para los álcalis.

¿Entonces, qué son los ácidos y las bases?

La preparación de los primeros ácidos proporcionó una enorme capacidad operativa. Por ejemplo, fue posible mejorar la obtención y calidad del hierro, gracias al uso del ácido clorhídrico. No fue éste un hecho menor, puesto que hay quien considera la mejora en las técnicas metalúrgicas, que proporcionó la disponibilidad de ácidos, como la verdadera revolución pre–industrial, la antesala de la futura revolución industrial, que tuvo lugar a mediados del siglo XVIII con el perfeccionamiento de la máquina de vapor.

Pero una mejora en la capacidad de hacer no significa una comprensión profunda de qué sucede. Los ácidos atacan a los metales, cierto, pero hasta finales del siglo XVIII nadie sabía por qué. Paralelamente se descubrieron numerosas substancias que también tenían carácter ácido, como el ácido fosfórico, el ácido carbónico o el ácido bórico, así como numerosas bases, como la sosa cáustica o el amoníaco, por lo que se hacía más y más perentorio conocer en profundidad la naturaleza del fenómeno ácido–básico.

A principios del siglo XIX, el desarrollo de la pila, por Alessandro Volta, cambió el escenario de los acontecimientos. En primer lugar, se demostró que se podía crear electricidad a partir de la mezcla de compuestos químicos

Es más, se demostró que añadiendo ácidos al agua se incrementaba la cantidad de electricidad circulante, por lo que los ácidos, al disolverse, tenían que involucrar algún tipo de carga eléctrica. Más información relevante: cuando el agua contenía ácidos, la cantidad de gas hidrógeno que burbujeaba, en el cátodo de la pila, se incrementaba tanto más cuanto más ácido se añadía. Era lógico suponer, entonces, que el carácter ácido y el hidrógeno tenían que estar relacionados.

No sin una gran cantidad de trabajo, Svante Arrhenius, notabilísimo químico sueco, sintetizó los anteriores hechos razonando que una substancia ácida es aquella que libera hidrógeno, en forma de ion, cuando se disuelve en agua. En cambio, las bases son substancias que liberan iones hidroxilo cuando se disuelven en agua. La unión de los dos fenómenos la proporciona la propia agua, puesto que al romperse su molécula libera iones hidrógeno e iones hidroxilo en cantidades iguales. El agua es H2O, la fórmula química probablemente más conocida, y representamos el ion hidrógeno, también denominado protón, mediante H+, mientras que el ion hidroxilo se representa como OH.

Los ácidos y las bases se disuelven en agua y liberan protones e hidroxilos, respectivamente, que son capturados por el agua. La acidez–basicidad implica por tanto el tránsito, entre substancias, de estos iones.

Un símil comercial nos puede ayudar a entender la situación: los ácidos y las bases serían compradores y vendedores, mientras que los iones hidrógeno e hidroxilo son la moneda que se intercambia en la transacción. 

El agua desempeñaría entonces el papel de banco, regulando la cantidad de moneda que hay en circulación. Esta regulación tiene lugar de forma que la cantidad de iones hidrógeno e hidroxilo no tiene por qué ser igual, pues depende de cuánto ácido o base hemos añadido al agua. En cambio, el producto de sus cantidades sí que siempre vale lo mismo —es quizás el concepto más característico, y profundo, de la acidez y basicidad—. No pretendo que se entienda con lo explicado anteriormente, pero ahí lo dejo… :-)

El pH. Los pH del mundo

La investigación sobre las propiedades de los ácidos reflejó muy rápidamente que, al disolverlos en agua, ciertos compuestos, como el ácido sulfúrico, el ácido nítrico o el ácido clorhídrico, permitían niveles de acidez muy elevados, a partir de cantidades moderadas del compuesto puro

En cambio, otros ácidos, como el ácido carbónico, el ácido acético o el ácido bórico, requerían de una cantidad mucho mayor de la substancia pura, o bien no permitían llegar a ciertos niveles de acidez, por mucho ácido que se añadiera. 

Los primeros casos se identificaron como ácidos fuertes, mientras que los últimos, como ácidos débiles. Con las bases se da una situación parecida.

Hablar de ácidos fuertes y débiles parece poco preciso. ¿Fuerte o débil respecto a qué? ¿Cuándo es un ácido fuerte, y cuando no lo es? Es claro que el tratamiento de estas cuestiones de acidez requiere de algún criterio cuantitativo. Podríamos utilizar el número total de iones hidrógeno y de iones hidroxilo, presentes en el agua. Pero este criterio da lugar a cifras muy elevadas, de trillones, e incluso cuatrillones de moléculas, en un litro de agua. Son por tanto difíciles de tratar.

El problema fue abordado en 1909 por Søren Sørensen, entonces jefe de laboratorio de la compañía cervecera Carlsberg. Sørensen definió –no sabemos si bajo la influencia de alguna de sus magníficas cervezas– una nueva escala de acidez, que denominó pH: se trata del logaritmo, cambiado de signo, de la concentración molar de protones. 

No es muy importante, aquí, comprender el significado preciso de la anterior definición. Es más útil entender lo que significan los posibles valores del pH. El pH varía habitualmente entre 0 y 14, de forma que el pH del agua neutra es la mitad del intervalo, 7. Valores de pH menores que 7 corresponden a situaciones ácidas. Además, cuando el pH baja en una unidad, la cantidad de protones se multiplica por diez. Por lo tanto, pH = 6 contiene diez veces más protones que pH = 7; pH = 5 tiene cien veces más que pH = 7, y así sucesivamente. Por otro lado, cuando la concentración de iones hidroxilo supera la concentración de protones, las situaciones básicas, los pH oscilan, habitualmente, entre 7 y 14, y reflejan que la concentración de protones varía entre 10-7 y 10-14.

Actualmente se conocen, literalmente, millones de ácidos y bases. La mayoría son débiles, y por tanto dan lugar, cuando se disuelven, a pH intermedios. La tabla adjunta muestra los pH de diferentes substancias, pertenecientes a diferentes entornos, tanto naturales como creados por la acción del ser humano.

Tabla que muestra los pH correspondientes a diferentes ambientes, incluyendo los productos manufacturados por el hombre

El ácido sulfúrico, y sus cuatro formas de ataque

El tema académico de los ácidos y las bases se trata desde muy temprano en el sistema educativo. Y, en cambio, debe reconocerse que su aprendizaje no genera un buen conocimiento de éstos, en el sentido práctico de la palabra. Se sabe que los ácidos pueden ser muy corrosivos, por ejemplo, pero no se sabe muy bien por qué.

La razón es que los ácidos más conocidos son los ácidos fuertes. Son los que hemos descrito al inicio del presente artículo. El problema es que actúan de forma compleja, mucho más de lo que su etiqueta como ácidos nos indica.

Así, los ácidos son lo que son, es decir, literales devoradores de materia, debido a cuatro mecanismos de acción, que pueden llegar a actuar a la vez:

  1. cómo ácidos y bases propiamente dichos. Liberan H+ o OH y provocan así que otras substancias los capturen, modifiquen por ello su forma y función, y dejen de ser operativas.
  2. arrancan electrones de las substancias sobre las que se depositan, por acción del ion hidrógeno. El hierro, el cromo o el níquel son atacados mediante este mecanismo.
  3. arrancan electrones gracias al resto de la molécula ácida. Por ejemplo, el ácido nítrico captura electrones gracias a una preparación previa por parte del H+, y al ataque del grupo nitrato, NO3.
  4. deshidratan, es decir, arrancan agua. Este comportamiento es casi exclusivo del ácido sulfúrico, pero no por ello es menos importante.

Estamos ahora en condiciones de comprender por qué algunos ácidos, como el ácido sulfúrico, nos pueden hacer tanto daño. Al entrar en contacto con nuestra piel, desnaturaliza las proteínas puesto que las carga de H+. Estas se retuercen y se tornan solubles en agua. Además, tanto los H+ como la matriz sulfato arrancan electrones de diversas substancias orgánicas de nuestras células. Finalmente, el mismo ácido sulfúrico deshidrata los tejidos, causando quemaduras secundarias. Vaya un “santito”, el ácido sulfúrico…

Algunos mitos: la dieta alcalina y el MMS.

Una realidad tan compleja, pero a la vez tan presente, como los ácidos y las bases, también genera su correspondiente cuota de pseudociencia, de la que, cómo no, se puede adquirir información muy fácilmente a través de la red.

Una de ellas es la que proclama las bondades de la dieta alcalina. Defiende que nuestra dieta habitual es excesivamente ácida, por lo que se tiene que compensar mediante la ingesta de substancias alcalinas, y notablemente agua alcalina.

Por supuesto no tiene ninguna base científica. El cuerpo humano no tiene “una acidez”, puesto que diferentes partes del cuerpo se caracterizan por niveles de acidez muy diferentes. Tal como muestra la tabla, la acidez en nuestro organismo varía entre pH muy ácidos, del estómago y los intestinos, hasta los pH básicos del páncreas, pasando por un pH muy preciso, entre 7,35 y 7,45, de la sangre. Esta última regula de forma muy eficiente su valor, mediante la respiración pulmonar y el control del ácido carbónico en sangre. Su capacidad de regulación es tan importante, que la acidez de los diferentes alimentos no altera el pH sanguíneo.

Otra situación que ha dado lugar a polémica tiene que ver con el “Miracle Mineral Solution”, identificado con las siglas MMS, como remedio contra un sinfín de enfermedades, que incluyen el cólera y diversos tipos de cáncer. El MMS es dióxido de cloro, una substancia que disuelta en agua genera una ligera acidez, y se conjetura que regula también el pH del cuerpo.

Por supuesto, todas las afirmaciones alrededor de las bondades del MMS son falsas, incluso las proclamadas por ciertas celebridades mediáticas. Aunque su ingestión moderada no debería causar problemas graves de salud, la OMS se ha curado en salud —nunca mejor dicho— y ha prohibido su uso con fines médicos.

Mesa de billar, cuyo paño es de color azul.  El colorante necesario es un ácido débil, pero no ataca químicamente la tela sobre la que se adhiere.

El porqué de este artículo: paños de billar

He dejado para el final la razón inicial que me llevó a escribir este artículo. Soy aficionado al billar, en su versión más clásica, el billar de carambola —la modalidad que se juega en mesas sin agujeros, con tres bolas y, por supuesto, un taco—.

El billar es un deporte de precisión, habilidad y estrategia. Las carambolas de los grandes jugadores llegan a precisar recorridos al milímetro. Por ello, las características de la mesa, la tela que recubre su base, la temperatura de ésta, la humedad, el estado de las bolas, el taco, etc. se deben controlar muchísimo.

La tela que recubre la base —el paño, en argot billarístico— requiere de un notable tratamiento, para conseguir un rodamiento de las bolas uniforme y constante en el tiempo. En este sentido, algunos grandes jugadores argumentan que el recorrido de las bolas cambia en función del colorante utilizado para teñir el paño. Su razonamiento es que el color azul se obtiene mediante un ácido, y en cambio el color verde no. Por ello, el colorante azul ataca la fibra textil y modifica la resistencia de la bola al rodar.

Es un argumento comprensible y hasta cierto punto plausible, pero incorrecto. El colorante azul es ácido, sí, pero es un ácido débil que se adhiere encima de la fibra, sin atacarla químicamente. Además, la fibra teñida recibe un posterior tratamiento, el apresto, que genera una nueva capa de material transparente, y es este apresto el que determina las propiedades de rodamiento de la bola.

Y es que, en temas de ácidos y bases, hay muy pocas carambolas…

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Xavier Giménez Font
Xavier Giménez Font

Profesor titular del Departamento de Ciencia de Materiales y Química Física, y miembro del Instituto de Quimica Teórica y Computacional, Universidad de Barcelona. Docente en química ambiental y química física de materiales, e investigador en simulación computacional de reacciones químicas con aplicación a I+D, y en innovación docente.  Divulgador científico, autor del libro El aire que respiramos (UB Edicions, 2018). 

Sobre este blog

La química de nuestro entorno desde una perspectiva global, que incluye su relación con las demás ramas de la ciencia, la tecnología, e incluso las disciplinas humanísticas. También se harán pequeñas incursiones en el mundo de la educación universitaria. Siempre al alcance de todos. Verás que la química es compleja, su mundo también, pero no tanto como pudiera parecer...

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