Antes de explicar las prácticas de laboratorio, realizaremos una introducción teórica dejando claros los conceptos y términos que utilizaremos o serán de mayor importancia en el desarrollo de dichas prácticas.
Comenzaremos definiendo lo que es una disolución: un sistema homogéneo formado por uno o más solutos (componente en menor proporción y en diferente estado físico que la disolución en sí, generalmente) y un disolvente (componente en mayor proporción). La disolución es una reacción química, y cada uno de los reactivos (en este caso HCl, NaCl, NaHCO3, MgCl2 y NaOH) es una sustancia que interactúa con otra en una reacción química cualquiera y que da lugar a otro tipo de sustancias, denominadas productos, de diferentes propiedades, características...
Los ácidos y las bases son dos tipos de sustancias que se pueden caracterizar por las propiedades que manifiestan. Una reacción ácido-base o reacción de neutralización es una reacción química entre un ácido y una base obteniendo como productos una sal y agua.
Johannes Brönsted y Thomas Lowry propusieron en 1923 una definición de sustancia ácida, afirmando que era aquella que podía donar H+ (ión positivo), igual que Arrhenius; pero también declararon que una base era una sustancia capaz de aceptar protones, algo que éste último no hizo. También Gilbert Lewis describió que un ácido es una sustancia que puede aceptar un par de electrones y una base es aquella que puede donar ese par. Según dicha teoría de Arrhenius las bases en disolución acuosa se disocian produciendo iones OH- (por ejemplo, los hidróxidos).
Así, los ácidos se caracterizan por tener un sabor ácido y agrio (y no debemos probarlos a no ser que tengamos la certeza total de que es inocuo); reaccionar con algunos metales como el cinc o el hierro desprendiendo hidrógeno; cambiar de color indicadores ácido-base como el papel tornasol o el caldo de lombarda (y otros que no usaremos como la fenolftaleína); neutralizar la acción de las bases; disolver sustancias; perder sus propiedades al reaccionar con las bases; conducir la corriente eléctrica en disolución acuosa (experimentando una descomposición química); reaccionar con los carbonatos desprendiendo CO2 ; y destruir concentrados tejidos biológicos vivos, por lo que algunos son corrosivos para la piel y peligrosos (como el ácido clorhídrico que usaremos). Sus disoluciones en medio acuoso tienen un pH<7.
Las bases, por su parte, tienen sabor caústico o amargo; precipitan sustancias disueltas por ácidos (sales de cobre); cambian el color de los indicadores ácido-base de manera diferente a los ácidos; son suaves al tacto pero corrosivos con la piel y peligrosos (como la sosa cáustica NaOH); neutralizan la acción de los ácidos; producen una sensación untuosa al tacto; disuelven grasas y el azufre; pierden sus propiedades al reaccionar con los ácidos; y también son conductores en una disolución acuosa. Sus disoluciones acuosas tienen un pH>7.
El pH es la escala utilizada para indicar de forma precisa la acidez o basicidad de una sustancia; suele oscilar entre valores de 0 (más ácida) y 14 (más básico). Por ello las disoluciones ácidas tienen un menor pH y las disoluciones básicas un mayor pH, algo que influye notablemente en las reacciones químicas que se producen o pueden producirse en los sistemas ácidos o básicos.
El pH puede determinarse experimentalmente de diferentes formas, como son los métodos químicos e instrumentales. Los métodos químicos son aquellos en los que empleamos indicadores (colorantes orgánicos o sustancias que permiten medir el pH de un medio), y se basan en el color que adquieren estos, dependiendo de los cuales podemos determinar el nivel de pH de la disolución, que son los que utilizamos en estas prácticas. Con respecto a los métodos de análisis instrumental, consisten en medir una determinada propiedad física de la disolución, de la cuál conocemos su dependencia matemática en función del pH; como los pH-metros (potenciómetros cuya característica es medir la diferencia de potencial de una disolución en una zona determinada del instrumento).
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