QUIMICA COTIDIANA

LAS SOLUCIONES BUFFER EN NUESTRO CUERPO

Escrito por quimicacotidiana 02-06-2009 en General. Comentarios (1)

Disolución Amortiguadora

Para que uno se conserve saludable, hay muchos fluidos en cada uno de nuestros cuerpos que se deben mantener dentro de unos límites muy estrechos de pH. Para que este objetivo se realice, se crea un sistema amortiguador.

Un sistema amortiguador es una solución que puede absorber grandes cantidades moderadas de ácidos o bases, sin un cambio significativo en su pH, es decir, es una disolución que contiene unas sustancias que inhiben los cambios de HP, o concentración de ion hidrógeno de la disolución. Dichas sustancias pueden contener un ácido débil y su sal, por ejemplo, ácido acético y acetato de sodio, o una base débil y una sal de esa base, por ejemplo, hidróxido de amonio y cloruro de amonio. Los fluidos de los organismos vivos están fuertemente tamponados, y el agua del mar y ciertas sustancias del suelo son otros ejemplos de disoluciones tampones existentes en la naturaleza. Las disoluciones tampones se utilizan en química y sirven como referencia en la medida del pH.

Consideremos la reacción del amoniaco en agua:

NH3 (g) + H2O ! NH4+ (ac) + OH- (ac)

Si observamos la reacción inversa en este equilibrio, veremos que los iones amonio reaccionan con una base. Pero si disolvemos iones amonio (del cloruro de amonio) en agua ocurre:

NH4+ (ac) + H2O (l) ! NH3 (ac) + H3O- (ac)

De esta reacción inversa, podemos ver que las moléculas de amoniaco reaccionan con los ácidos. Si tuviésemos una solución con suficientes cantidades de cada una de estas sustancias, los iones amonio y las moléculas de amoniaco, tendríamos la deseada solución amortiguadora. Las moléculas del amoniaco reaccionarían con cualquier ácido que se añadiese, y los iones amonio reaccionarían con cualquier base que se añadiese. Las soluciones amortiguadoras se preparan utilizando un ácido débil o una base débil con una de sus sales. En términos generales, las reacciones aparecerían de la siguiente forma:

- Para un ácido débil: HA + OH- ! H2O + A- A- + H3O+ ! HA + H2O

El ácido débil (HA), reacciona con la base que se añade. El ion negativo de la sal (A-), reaccionara con el ácido que se añade.

- Para una base débil: MOH + H3O+ ! M+ + 2H2O M+ + OH- ! MOH

La base débil (MOH), reaccionara con el ácido que se añade. El ion positivo de la sal, (M+), reaccionara con la base que se añade.

Los amortiguadores tienen máxima eficiencia para neutralizar los ácidos y las bases que se añaden, cuando las concentraciones del ácido débil (o de la base) y de la sal son iguales. Podremos preparar una solución amortiguadora de casi cualquier pH, si escogemos el ácido (o base) débil correcto. Existe un ion común entre el electrolito débil y su sal. El comportamiento de una solución amortiguadora puede ser explicado siempre tomando como base nuestro conocimiento acerca del efecto del ion común y el Principio de Le Chatelier, el cual dice que si un producto o subproducto es eliminado del sistema, el equilibrio se verá perturbado y la reacción producirá más producto con el objeto de compensar la pérdida. En las polimerizaciones, este truco es usado para hacer que las reacciones alcancen altas conversiones.

La sangre esta amortiguada, principalmente, por el ion bicarbonato (HCO3-), pero cuando ocurre la hiperventilación que se trata de un estado de sobrerrespiración, causado por el miedo, la excitación o la ansiedad, ya que al ocurrir este proceso una persona expele más dioxido de carbono de lo necesario, alterando el equilibrio del acido carbonico.

Disolución Amortiguadora, Tampón o Buffer

14.-) Defina solución amortiguadora. ¡Cuales son sus componentes!

Es una solución de un ácido débil o una base débil y su sal. Los dos componentes deben estar presentes.

La disolución tiene la capacidad de resistir los cambios de pH cuando se agregan pequeñas cantidades tanto de ácidos como de bases.

La disolución amortiguadora está compuesta por un ácido o una base y una sal.

15.-) Cite dos ejemplos donde se ponga en evidencia la importancia de las soluciones amortiguadoras:

las disoluciones amortiguadoras son muy importantes en los sistemas químicos y biológicas.

El pH en el cuerpo humano varía mucho de un fluido de a otro; por ejemplo, el pH de la sangre es alrededor de 7,4, en tanto que el del jugo gástrico humano es de alrededor de 1,5.

En la mayor parte de los casos, estos valores de pH, que son cítricas para el funcionamiento adecuado de las enzimas y del balance de la presión osmótica, se mantienen gracias a las disoluciones amortiguadoras.

SOLUCIONES BUFFER

Escrito por quimicacotidiana 02-06-2009 en General. Comentarios (5)

Un tampón o buffer es una o varias sustancias químicas que afectan a la concentración de los iones de hidrógeno (o hidronios) en el agua. Siendo que pH no significa otra cosa que potencial de hidrogeniones (o peso de hidrógeno), un "buffer" (o "amortiguador") lo que hace es regular el pH.

Cuando un "buffer" es añadido al agua, el primer cambio que se produce es que el pH del agua se vuelve constante. De esta manera, ácidos o bases (álcalis = bases) adicionales no podrán tener efecto alguno sobre el agua, ya que esta siempre se estabilizará de inmediato.

 

Soluciones amortiguadoras

Las soluciones amortiguadoras, también conocidas como muelles buffer o tampón, son disoluciones que están compuestas por el ion común de un ácido débil o una base débil y el mismo ion común en una sal conjugada, ambos componentes deben de estar presentes.

También se dice que una solución es amortiguadora, reguladora o tampón si la [H+], es decir el pH de una solución no se ve afectada significativamente por la adición de pequeñas cantidades o volúmenes de ácidos y bases..

Composición

Los buffers consisten en sales hidrolíticamente activas que se disuelven en el agua. Los iones de estas sales se combinan con ácidos y álcalis. Estas sales hidrolíticamente activas son los productos que resultan de la reacción entre los ácidos débiles y los álcalis fuertes como el carbonato de calcio (a partir del ácido carbónico e hidróxido de calcio) o entre ácidos fuertes y álcalis débiles como el cloruro de amonio (a partir del ácido clorhídrico e hidróxido de amonio).

Un ácido buffer reacciona cuando un ácido débil o base débil se combina con su correspondiente sal hidrolítica en una solución de agua, se forma un sistema amortiguador denominado "buffer".

No siempre un sistema buffer es apropiado, porque los iones de algunas sales hidrolíticas pueden, por ejemplo, dañar a los organismos que entran en contacto con él.

Por otra parte, cada sistema buffer tiene su propio rango efectivo de pH, algunos de los cuales no son adecuados para acuarios.

Cálculo de pH de soluciones tampón

pH=pKa+log([sal]/[ácido]) también llamada como "Ecuación de Henderson-Hasselbalch"

Donde pKa = -logKa

  • [sal]=concentración de la sal
  • [ácido]=concentración de iones hidrógeno

Cuando se trata del pH de una solución amortiguadora o tampón químico de una sal con su base correspondiente se calcula el pOH de la misma forma solo que:

pOH=pKb+log([sal]/[base])

El pH luego se calcula restando el pOH a 14

pH=14-pOH

La elección del tampón es de acuerdo al valor de pKa, que debe ser lo más próximo al valor de pH que se quiere construir.

LABORATORIO

Escrito por quimicacotidiana 02-06-2009 en General. Comentarios (0)

COMO PREPARAR SOLUCIONES BUFFER

 

Preparación de una solución tampón a pH =7.0                       
Primero, seleccionamos un par ácido-base conjugados cuyo pKa (ver glosario) sea próximo a 7. En el caso del ácido orto-fosfórico: K1 = [H3O+][H2PO4-]/[H3PO4] = 7.11 x 10^-3 K2 = [H3O+][HPO42-]/[H3PO4-] = 6.23 x 10^-8. El valor de K2 es razonablemente próximo a 1 x 10^-7.

Cuando lleguemos a pH = 7.0, [H3O+] = 1.0 x 10^-7, usaremos pues K2 (y apartamos K1 y K3, que se aproximan): 6.23 x 10^-8 = [1 x 10^-7][HPO4 (2-)]/[H2PO4-] [HPO4(2-)]/[H2PO4-] = 0.623, que se aproxima a 1.

Revisando la concentración de un componente cuando es alta, diremos que [H2PO4-] = 1 x 10^-2 molar. Entonces 0.623 = [HPO4(2-)]/1 x 10^-2, [HPO4(2-)] = 6.23 x 10^-3 molar. Ahora necesitamos un ml de solución que sea 6.23 x 10^-3 molar en HPO4(2-) y además 1 x 10^-2 molar en H2PO4-. Esto precisa 1.0 dm3 x 6.23 x 10^-3 mol/ml HPO4(2-) = 6.23 x 10^-3 mol HPO4(2-) y 1.0 dm3 x 1 x 10^-2 mol/ml H2PO4- = 1 x 10-2 mol H2PO4-.

Un producto único así es imposible físicamente que añada iones a la solución. Pero si que podemos añadir otros distintos.

Elegiremos una sal sódica por estar disponibles específicamente Na2HPO4 (M = 142 g/mol) y NaH2PO4 (M = 120 g/mol). 6.23 x 10^-3 mol Na2HPO4 x 142 g/mol Na2HPO4 = 0.885 g Na2HPO4 1 x 10^-2 mol NaH2PO4 x 120 g/mol NaH2PO4 = 1.20 g NaH2PO4.

La respuesta a la pregunta planteada la tendremos si preparamos una pesada de 1.20 g NaH2PO4 sólido y 0.885 g Na2HPO4 sólido y los diluímos a 1 ml para preparar una solución tampón de pH 7.0

 

Preparación de una solución tampón  a pH=10.0
Con los cálculos realizados arriba, ya estamos en disposición de calcular las concentraciones de productos para preparar una solución que vire a pH = 10.0. Te apuntamos la solución por si te rindes antes de tiempo:  Disolver 6.56 gr. de NH4Cl y 57 ml de NH4OH en agua destilada y aforar a 100 ml.    

Glosario:

pKa es constante ioniz. ácido   
pKb es constante ioniz. base     
10^-2 es 10 elevado a -2 ó 1/10 elevado a -2