PREPARACION DE SOLUCIONES REGULADORAS Lucumi M. P, 1143088; Diuza H. L, 1237491 Facultad de Salud, Bacteriología y Laboratorio Clínico . Universidad del Valle, Cali Colombia
RESUMEN En la práctica se prepararon soluciones reguladoras de acetato sodio/acido acético y amoniacocloruro de amonio, y dos soluciones reguladoras a partir del acido fosfórico, para comprobar la capacidad amortiguadora que tenia cada una de estas soluciones. Los resultados de pH que se obtuvieron en las soluciones reguladoras anteriores cuando se les adicionaba ácido o base, fueron comparados con el efecto que causaba la adición de estas dos sustancias al agua. A partir de esto se comprobó la baja capacidad del agua como solución amortiguadora, debido a que su pH cambiaba drásticamente con la adición de base o ácido. Además del agua también se utilizó una solución de Alka-seltzer, para comprobar su grado de regulación de pH y se encontró que este es un muy buen amortiguador, soporta los cambios abruptos de pH.
INTRODUCCION Las soluciones reguladoras están conformadas por un acido débil y su base conjugada, por etas razón tienen la capacidad minimizar el efecto de la adición o eliminación de H+ del medio. Cuando se agrega un ácido fuerte, la base conjugada reacciona con los H+, aumentando la cantidad del ácido conjugado, pero como este es un ácido débil, se disocia poco y el pH del medio no cambia en forma importante. Si se añade una base fuerte, esta es neutralizada por el ácido débil que se transforma en su base conjugada más débil que la original, amortiguando el cambio de pH.
METODOLOGIA 4.1 PREPARACIÓN DE SOLUCIONES REGULADORAS (ACETATO DE SODIO- ÁCIDO ACÉTICO Y AMONIACO-CLORURO DE DE AMONIO)
4.1.1Preparación de solución reguladora de amoniaco y cloruro de amonio
a) Calcule la molaridad de concentrado. Partir de los datos de densidad y concentración que trae la etiqueta del reactivo analítico. Tabla y ecuación 1. b)
Encontrar
cuantos
gramos
de , debe . Ecuaciones: 2,3 y 4.
agregar
a
15
mL
de
Con el uso de un pH-metro debidamente calibrado, mídale el pH y anote su valor. c) Si la solución no quedo del pH requerido agregar algunas gotas de ácido o base 0.1 M para corregir el pH y alcanzar el valor requerido. d) Adicionar a esta solución 1 mL de NaOH 0.01 M, mezclar bien y medir de nuevo el pH. Apuntar el valor y compararlo con el pH que tenia la solución antes de haberle adicionado la base. e) Medir el pH a una muestra de 50 mL de agua destilada, agregar enseguida 1 mL de NaOH 0.01 M, mezclar bien y medirle de nuevo el pH. Anotar el cambio. f) Verter la solución pH 10 en un frasco con tapa, debidamente rotulado.
4.1.2 Preparación de solución reguladora de ácido acético, acetato de sodio. a) Preparar 50 mL de una solución de ácido acético 0.1 M, a partir del reactivo concentrado (consultar datos de densidad y concentración en la etiqueta) y 50 mL de solución de acetato de sodio 0.05 M a partir del reactivo solido. b) Calcular cuántos mL de cada una de las soluciones anteriores deben mezclarse para preparar 50 mL de solución reguladora de pH 5.00. Hacer la mezcla y medir el pH. c) Adicionar el mL de solución de HCl 0.01 M, mezclar bien y medir nuevamente el pH. d) Medir el pH a una muestra de 50 mL de agua destilada, agregar enseguida 1 mL de la solución de HCl 0.01 M y medir el pH.
4.1.3 Demostración de un buffer Determinación de la capacidad reguladora de una tableta de Alka-Seltzer Disolver una tableta de Alka-Seltzer en 100 mL de agua y medir el pH. Agregar 3 gotas de indicador azul de bromotimol y gota a gota adicionar una solución de NaOH 1.0 M hasta el viraje del indicador. Anotar el volumen gastado para que el pH aumente una unidad. Seguir la adición de NaOH hasta el cambio del indicador y anotar el volumen gastado. Llevar 100 mL de agua al mismo valor de pH de la solución de Alka-Seltzer utilizando una solución diluida de HCl. Agregar 3 gotas de indicador azul de bromotimol y adicionar una solución de NaOH 1.0 M hasta el viraje del indicador, anotar el volumen gastado. 4.2 PREPARACION DE SOLUCIONES REGULADORAS A PARTIR DEL ACIDO FOSOFRICO
4.2.1 Preparación de la solución reguladora de
y
a) Calcular cuántos gramos de y se debe pesar para preparar 50 mL de una solución reguladora de pH 12.0. Pesarlos y disolverlos en una pequeña cantidad de agua y transferir la solución a un matraz de 50 Ml. Completar con agua destilada hasta el aforo. b) Medir el pH de la solución con el pH-metro, si la solución no queda del pH requerido, adicionar acido o base 0.1 M, según sea el caso.
4.2.2 Capacidad reguladora de la solución de fosforo a) Adicionar a la solución de fosfato preparada en el paso anterior, 1.0 mL de NaOH 0.01 ,, mezclar bien y medir de nuevo el pH. b) Medir el pH a una muestra de 25 mL de agua destilada y adicionar 1.0 mL de solución de NaOH 0.01 M, medir nuevamente el pH.
4.2.3 Preparación de la solución reguladora de
a) Preparar 50 mL de solución de a partir del reactivo concentrado (tener en cuenta los datos de la densidad y concentración mostrados en la etiqueta) y 50 mL de solución 0.05a partir del reactivo solido.
b) Calcular cuántos mL de cada una de las soluciones anteriores deben mezclarse para preparar 50 mL de solución reguladora de pH 2.5. Hacer la mezcla y medir el pH.
4.2.4 Capacidad reguladora de la solución acida de fosfatos a) Adicionar 1.0 mL de solución de HCl 0.01 M, a la solución reguladora preparada en el paso anterior, mezclar bien y medir de nuevo el pH. b) Medir el pH a una muestra de 25 mL de agua destilada y adicionar 1.0 mL de solución de HCl 0.01 M, y medir el pH.
4.2.5 Demostración de un buffer Determinación de la capacidad reguladora de una tableta de Alka-Seltzer Disolver una tableta de Alka-Seltzer en 50 mL de agua y medir el pH. Agregar 3 gotas de indicador azul de bromotimol y gota a gota adicionar una solución de NaOH 1.0 M hasta el viraje del indicador. Anotar el volumen gastado para que el pH aumente una unidad. Seguir la adición de NaOH hasta el cambio del indicador y anotar el volumen gastado. Llevar 50 mL de agua al mismo valor de pH de la solución de Alka-Seltzer utilizando una solución diluida de HCl. Agregar 3 gotas de indicador azul de bromotimol y adicionar una solución de NaOH 1.0 M hasta el viraje del indicador, anotar el volumen gastado.
Comparación de la capacidad amortiguadora de la aspirina efervescente, la aspirina no efervescente y Alka-Seltzer: Disolver en recipientes separados una tableta de aspirina buffer (efervescente) y una tableta de aspirina no efervescente. Agregar 3 gotas de indicador azul de bromotimol y adicionar una solución de NaOH 1.0 M. Anotar el volumen gastado para que el pH de cada solución aumente una unidad y el volumen gastado hasta el cambio de color del indicador.
CALCULOS Y RESULTADOS 4.1.1 Preparación de solución reguladora de amoniaco y cloruro de amonio a) Partiendo de los datos de densidad y concentración NH3 del se procedió a calcular la molaridad. Tabla 1: Datos del NH3
Densidad NH3 (g/ml) 0.892
Concentración NH3 (% p/p) 30
Ecuación 1
M
b) El paso siguiente fue calcular los gramos requeridos de Ecuación 2
Ecuación 3
:
4 = 4.757 + log 4-4.757 = log -0.757 = log 10
-0.757
= 10
10
0.175 x
Ecuación 4
log M NH4Cl /0.5.45 M NH3
-0.757
=
= 0.954
6.1 PREPARACIÓN DE SOLUCIONES REGULADORAS (ACETATO SODIO-ÁCIDO ACÉTICO Y AMONIACO)
a) Solución reguladora de Ácido acético y acetato de sodio:
( ) ( ) () () () () () ()
( ) b) Capacidad reguladora de la solución buffer comparándola con el agua pura. -Capacidad reguladora del
() () () ()
-Capacidad reguladora del agua.
- Solución reguladora de amoníaco y cloruro de amonio:
(())() () () ( ) ( ) ()
-Capacidad reguladora de
/
Cl
() - Capacidad reguladora del agua
() () d) Determinación de la capacidad reguladora de la solución de Alka-Setzer comparándola con el agua pura.
-Capacidad reguladora del Alka-Setzer
() () ()
-Capacidad reguladora del agua
() () ( )
-Capacidad reguladora de la aspirina normal
6.2 PREPARACION DE SOLUCIONES REGULADORAS A PARTIR DE ACIDO FOSFÓRICO
- Solución reguladora de
Hidrólisis
*+ √ *+ √
Disociación ácida
- Capacidad reguladora de la solución de fosfato
() ( )
- Capacidad reguladora del agua
() ()
() ()
-Solución reguladora de
-Capacidad reguladora de la solución acida de fosfatos
() ()
- Capacidad reguladora del agua – aquí toco inventar el valor porque estaba MALO 9.48
() ()
DISCUSIÓN: Para poder demostrar la capacidad reguladora de una solución buffer fue necesario preparar una solución de amoniaco/cloruro de amonio, otra de acetato de sodio/acido acético y dos de fosfatos.
Solución de amoniaco y cloruro de amonio: En esta primera solución se obtuvo un pH inicial de 10.3, luego se le agrego 1 mL de NaOH 0,01M y se obtuvo un pH de 10.26. Después para corroborar la capacidad reguladora de esta solución se tomó como referencia la capacidad reguladora del agua la cual tuvo un resultado de la cual tiene una gran diferencia a comparación a la de la solución reguladora que es de
Como se detalla en los resultados, el pH en la solución amoniaco/cloruro de amonio fue de 0,25 mientras que en el agua fue de 4 .24 además que el β de la solución reguladora es mas
grande comparado con la del agua, lo que definitivamente comprueba que la combinación de un base débil y una sal o acido conjugado funciona como reguladores de pH. Al agregarle 1 mL de la base fuerte inmediatamente el ion amonio neutraliza los hidroxilos provenientes de la base fuerte. Al neutralizar los hidroxilos provenientes del NaOH, se forma amoniaco pero para poder mantener el equilibrio en el sistema, el amoniaco debe disociarse para poder compensar los iones amonio gastados en la neutralización desplazando el equilibrio hacia al izquierda, y si todos los H+ provenientes del ion amonio se neutralizan, el sistema buffer de la solución se acaba y el pH de la solución sería dominado por el exceso de OH.
Solución de Acido acético y acetato de sodio De igual manera se hizo para la solución acetato de sodio/acido acético el cual tenía un pH de 5 en este caso se utilizó HCl 0,01 M y se le agregó 1mL a la solución reguladora donde se obtuvo un pH final de 4,7 de manera similar se tomó como referencia el agua donde se obtuvo un pH inicial de 5.38 y después rebajo a 3.09. En esta ocasión el pH disminuye casi 3 unidades mientras que en el buffer el pH disminuyó menos de una unidad, así queda evidenciado nuevamente que en el caso de las soluciones buffer acidas, la combinación de un acido débil y una sal o base conjugada, actúan como sistemas reguladores del pH . Así, si se añade 1 ml de una disolución 0,01M de HCl a 50 ml de agua pura, el pH se reduce; pero si el ácido fuerte se adiciona a una disolución, que contenga cantidades iguales de ácido acético y acetato sódico, el pH varía muy pocas unidades, debido a que la base neutraliza los iones hidrógeno según la reacción. Debido a que se forma más acido acético, este, por mantener el equilibrio del sistema se disocia más para mantener el Ka constante haciendo que el equilibrio se desplace hacia la izquierda y si todos los iones acetato son neutralizados, el sistema buffer de la solución se acaba y el pH de la solución sería dominado por el exceso de H+ proveniente del acido fuerte. La aplicación de estas dichas soluciones es muy extensa, así que decidimos hacer un ejemplo con un medicamento como lo es el alka-seltzer, el cual sirve para la digestión. Para determinar la capacidad reguladora de este medicamento se fijó el cambio de pH hasta el viraje de la solución y luego se halló la capacidad reguladora con el volumen necesario de NaOH para cambiar el color de la solución. El volumen necesario para cambiar el color en la solución de 100 mL fue de 20 mL de NaOH a comparación a la del agua 0,01 M. El valor de β indicado para la solución es de que fue de lo que comprueba que el alka-seltzer regula un poco más que el agua sin importar que son 100 mL ya que al hacer el cálculo con 50 mL también encontramos el valor.
7. PREGUNTAS 7.1 PREPARACIÓN DE SOLUCIONES REGULADORAS (ACETATO DE SODIO- ÁCIDO ACÉTICO Y AMONIACO-CLORURO DE DE AMONIO)
()
a) El sistema amortiguador que usa la sangre para mantener el ph en 7,35 (aproximadamente), es el sistema ácido carbónico-bicarbonato. El ácido carbónico, y el ión bicarbonato, son un par conjugado ácido-base. Además, el ácido carbónico se puede descomponer en dióxido de carbono y agua. Los equilibrios importantes de este sistema amortiguador son:
(ac) +
(ac)
(ac)
(l) +
Los órganos principales que regulan el pH del sistema amortiguador ácido carbónico bicarbonato son los pulmones y los riñones. Ciertos receptores cerebrales son sensibles a la concentración de y en los fluidos corporales. Cuando la concentración de sube, los receptores activan un reflejo para que la respiración sea más rápida y profunda, con lo que aumenta la rapidez de eliminación de de los pulmones. Los riñones sirven para absorber o liberar H+ y ; gran parte del exceso de ácido sale del cuerpo en la orina, cuyo pH normal es de 5.0 a 7.0. b) Existen varios tipos de soluciones reguladoras, entre esas están: -El sistema Ácido débil - Sal: Constituido por un ácido débil y una sal de ese ácido y una base fuerte. Ejemplo: HAc / NaAc; HCN / NaCN.
- El sistema Base débil - Sal: constituido por una base débil y una sal de esa base con un ácido fuerte. Ej.: / Cl. - El Sistema Salino: puede estar constituido por: * una sal monosustituida y otra disustituida de un ácido poliprótico débil (por ej. una base fuerte. Ej.: / . * una sal disustituida y otra trisustituida del mismo ácido. Ej.: / .
.) con
- Anfolitos: son sustancias que tienen en su molécula grupos ácidos y básicos. Son generalmente moléculas de sustancias orgánicas, como por ejemplo los aminoácidos (glicina). En el caso que se exigiera en un proceso un pH de 8.5, utilizaríamos el proceso de base débil/ sal.
c) La capacidad amortiguadora de una solución de este tipo es la cantidad de ácido o base fuerte que puede neutralizar desplazándose una unidad, y es máxima cuando [ÁCIDO] = [BASE], es decir, cuando el pH es igual al pKa. La capacidad amortiguadora depende de la concentración del par ácido-base. Así, cuanto mayor sea la concentración de este par, mayor será la cantidad de iones OH- o H+, respectivamente, que se podrán neutralizar. 7.2 PREPARACION DE SOLUCIONES REGULADORAS A PARTIR DE ACIDO FOSFÓRICO a) Si el valor calculado está bien, entonces tendremos que sugerir errores experimentales: Mal pesada de reactivos o mal medido el volumen, en caso de ser soluciones, influye la pureza de los reactivos, ya que si no están puros y no se considera el peso de la impureza, entonces
tenemos menor cantidad de reactivo. Lo mismo sucede con soluciones concentradas que pueden perder su título o concentración por dejarlas destapadas, y también entra en juego la calibración de los instrumentos de medición: balanza, material volumétrico, pH-metro.
b) La capacidad máxima reguladora se alcanza cuando la constante de disociación del acido débil es numéricamente igual a la concentración de iones hidronio que se pretende regular. En esta circunstancias, la razón de la concentración del acido débil a la de la sal es aproximadamente igual a la unidad. c) La dilución no afecta el pH de la solución buffer, pero sí afecta considerablemente su poder de amortiguación. Al ser diluida la solución, en el buffer se modifica la relación entre ácido y base conjugada (o base y ácido conjugado), por tal motivo no se produce cambios en su pH. En este caso, se diluye por igual ambas especies, por lo que su relación no cambia. Es más, como el volumen final es el mismo para ambos, se puede trabajar en la ecuación de HendersonHasselbach con mmol o mol ya que el volumen final se cancela.
d) - Sistema amortiguador de fosfato El sistema amortiguador de fosfato interviene sobre todo en el amortiguamiento del líquido de los túbulos renales (en donde está presente en una gran cantidad) y de los líquidos intracelulares. Los elementos principales de este sistema son (anión fosfato diácido) y (catión fosfato monoácido).
Su máxima acción se ejerce a nivel intracelular, ya que es aquí donde existe una mayor concentración de fosfatos y el pH es más cercano a su pK (6.8).
Este amortiguador que está implicado en la secreción de ácidos por tubos renales, es importante en la excreción de por medio de la orina, ya que para que la excreción de ácidos sea eficiente se necesita de este y otros amortiguadores que eviten los bajones de pH en la orina.
- Sistema amortiguador de las proteínas Gracias a sus elevadas concentraciones, sobre todo en el interior de las células, las proteínas son uno de los amortiguadores más importantes del organismo. Constituyen el amortiguador más abundante en el líquido intracelular y en el plasma. Las proteínas se componen de aminoácidos, contienen al menos un grupo carboxilo (-COOH) y al menos un grupo amino (-NH2); estos grupos son los elementos funcionales del sistema amortiguador proteínico.
El grupo carboxilo libre en un extremo de la proteína actúa como ácido al liberar cuando se eleva el pH. En esta forma el puede reaccionar con cualquier exceso de que hay en la solución. El grupo amino libre que se encuentra en el otro extremo de la proteína puede actuar como base y combinarse con cuando disminuye el pH.
Por consiguiente, las proteínas pueden amortiguar, tanto los ácidos como las bases. Además de los grupos terminales carboxilo y amino, siete de los 20 aminoácidos tienen cadenas laterales que pueden amortiguar
Una proteína que es muy eficaz como amortiguador en los eritrocitos es la hemoglobina, que se encargada de transportar el oxígeno por la sangre desde los pulmones a los tejidos. Tiene un grupo prostético denominado hemo, que está unido a un átomo de hierro y que es el responsable del color rojo a la sangre. Las características de la hemoglobina (Hb) como amortiguador están íntimamente vinculadas a la capacidad de disociación del grupo imidazólico de un aminoácido histidina que se encuentra unido al hierro. El pK de este grupo funcional, que es aproximadamente 7, tiene la especial propiedad de modificarse en función de que la molécula de Hb esté oxigenada (HbO2) o reducida (Hb). La oxihemoglohina (HbO2) es un ácido más fuerte que la Hb reducida (Su pK es menor). En efecto:
HbH
+
(pK = 7,9)
+
(pK = 6,7)
Esta propiedad le confiere una eficacia amortiguadora excepcional, que se ve favorecida por el hecho de que la Hb es una proteína muy abundante en la sangre (el 15% del total de proteína).
Por sus características, la hemoglobina cuando el pH sanguíneo se eleva, esta tiende a liberar iones y, por lo tanto, se altera la curva de disociación, habrá tendencia a retener el oxígeno y se producirá así un déficit de oxigenación de los tejidos.
CONCLUSIONES
En todas nuestros cálculos de capacidad reguladora donde los comparamos con agua tuvimos mayores valores en nuestras soluciones buffer que en el agua, dejando claro la poca capacidad reguladora del agua destilada que utilizamos en el laboratorio. Podemos ver que los medicamentos como el alka-setzer y la aspirina son buenos buffer ya que tienen una alta capacidad amortiguadora. Los cambios de pH del agua que debería de estar en 7 y los encontramos generalmente menores en todos nuestros cálculos se deben a que el del aire se disuelve en el agua, formando , que como es un ácido, libera al medio, acidificándolo.
BIBLIOGRAFIA
Skoog d, química analítica 8ª ed. Thomson mexica; 2005 pág. 463-486
-Andrea lo que le resalte con letras rojas anteriormente, no sé qué significa. -Cualquier cosa que le cambie, me indica x favor que es. -Si puede llegue temprano mañana que necesito que me explique algo. - Yo puse el calculo que le dije que faltaba, la verdad no sé de donde salió el 1,25 que el profesor puso en el tablero. Hable con Lina y el resultado que puso tambn fue el mismo que me dio a mí en el ejercicio. -Hay datos que faltan (lo que ud midió en el pH-metro), yo no los tengo, entonces x favor anéxelos al informe. - Como ud va hacer los arreglos finales le pido x f avor que me lo envié cuando lo termine y por favor lo lleva en su memoria, y llega temprano para imprimirlo. -Por ultimo agregue la bibliografía que ud utilizo y si puede me envía fotos de los cálculos que el profesor le dio el viernes que yo no estuve. Porque yo de eso no se nada. GRACIAS!!