Informe de Soluciones Buffer

INDICE

I.

Introducción ............................................................................................................................... 2

II.

Objetivos .................................................................................................................................... 2

III. Ácidos y bases bases fuertes fuertes y débiles débiles ............................................................................................ 3 3.1. Fuerza de ácidos y bases .................................................................................................... 4 IV. Solución buffer .......................................................................................................................... 5 4.1. Definición ............................................................................................................................... 5 4.2. Función .................................................................................................................................. 6 4.3. Preparación ........................................................................................................................... 6 4.5. Capacidad de un Buffer ....................................................................................................... 6 4.5. Importancia ............................................................................................................................ 7 4.5.1. En la investigación bacteriológica ............................................................................... 7 4.5.2. En el cuerpo humano .................................................................................................... 7 4.5.3. En la Industria agrícola ................................................................................................. 7 4.5.4. En la Industria alimentaria ............................................................................................ 8 4.5.5. En la Industria farmacéutica ........................................................................................ 8 4.6. Sistemas tampón en el organismo ..................................................................................... 8 4.6.1. Orgánicos ....................................................................................................................... 8 4.6.2. Inorgánicos ..................................................................................................................... 9 4.6. Conclusiones ....................................................................................................................... 11 V. Bibliografía ............................................................................................................................... 11

UNIVERSIDAD NACIONAL DANIEL ALCIDES CARRIÓN FACULTAD DE INGENIERÍA

ESCUELA DE FORMACIÓN PROFESIONAL DE INGENIERÍA AMBIENTAL

I.

Introducción

Algunas veces es necesario preparar y guardar una solución con un pH constante. La preservación de dicha solución es aún más difícil que su preparación, si la solución entra en contacto con el aire, absorberá dióxido de carbono, CO 2, y se volverá más ácida y si la solución se guarda en un recipiente de vidrio, las impurezas alcalinas "desprendidas" del vidrio pueden alterar el pH. Las soluciones buffer o amortiguadoras son capaces de mantener su pH en valores aproximadamente constantes, aun cuando se agreguen pequeñas cantidades de ácido o base, o se diluya la solución.

II.  

Objetivos

Detallar las características de los ácidos y bases. Conocer las definiciones acerca de la solución amortiguadora o buffer.



III.

Ácidos y bases fuertes y débiles

Seguro que sabes que el salfumán (disolución de HCl bastante concentrada) es un ácido peligroso, mientras que el zumo de limón no, a pesar de ser también ácido: el HCl es un ácido fuerte mientras que el ácido cítrico es un ácido débil. Lo mismo sucede con las sustancias básicas: la sosa cáustica (hidróxido de sodio) es una base fuerte, mientras que el amoniaco es una base débil. ¿Qué significado tienen las palabras fuerte y débil referidas a un ácido o a una base? ¿Cómo se puede medir la fuerza de un ácido o una base? De forma cualitativa y según la teoría de Arrhenius, un ácido o una base es fuerte cuando en disolución acuosa se encuentra totalmente disociado, mientras que es débil si el grado de disociación es pequeño. De manera análoga, en la teoría de Brönsted-Lowry un ácido será fuerte cuando muestre una gran tendencia a ceder un protón, mientras que una base fuerte presentará una gran tendencia a aceptar un protón. Si consideras un par ácido-base cualquiera ácido ↔ base + protón (HA ↔ A- + H +) y el ácido es un ácido fuerte al tener mucha tendencia a ceder un protón, necesariamente su base conjugada deberá tener poca tendencia a captar protones, por lo que será una base débil. Recíprocamente, si el ácido se comporta como un ácido débil, su base conjugada deberá tener mucha tendencia a captar protones, por lo que será una base fuerte. En realidad, cuando un ácido cede protones lo hace a una base (distinta de la propia conjugada), y la tendencia del ácido a ceder protones depende de la naturaleza de esta base. Por esta razón el ácido ácetico es un ácido débil frente al agua y un ácido fuerte frente al OH-.



Así, al establecer una escala cuantitativa que permita relacionar la fortaleza de ácidos y bases, conviene elegir una sustancia a la que referir de manera común la fuerza de los distintos ácidos y bases. Como el agua es el medio en el que tienen lugar la mayor parte de las reacciones ácido-base y es, además, una sustancia que se comporta como base débil frente a muchos ácidos y como ácido débil frente a muchas bases, se ha optado por elegirla como sustancia de referencia para expresar la fortaleza relativa de ácidos y bases. En la tabla siguiente se muestra los ácidos y bases fuertes y débiles que debes saber. En los demás casos, podrás saber si una sustancia es ácido o base débil porque te darán la constante de equilibrio. Ácido fuerte

Ácido débil

Base fuerte Base débil

HCl

CH3COOH (HAc)

NaOH

HNO3

H2CO3

Hidróxidos

H2SO4

H2S

NH3

3.1. Fuerza de ácidos y bases El carácter ácido o básico de una sustancia es relativo, dependiendo de la sustancia con la que se compare. La fuerza de un ácido o de una base también es relativa y depende de la sustancia de referencia. 1

1

http://quimicacotidiana.blogspot.es/1243907160/



IV.

Solución buffer

Una disolución buffer o amortiguadora se caracteriza por contener simultáneamente una especie débil y su par conjugado: 

un ácido débil y la sal de su par conjugado HA + H2O



A – + H3O+

una base débil y la sal de su par conjugado B + H2O

BH+ + OH –

La disolución buffer debe contener una concentración relativamente grande de cada uno de los integrantes del par conjugado, de modo que:  

La especie ácida del sistema buffer pueda reaccionar con los iones OH – que se le añadan. La especie básica del sistema buffer pueda reaccionar con la cantidad de iones H+ que se añadan.

4.1. Definición Buffer es una o varias sustancias químicas que afectan la concentración de los iones de hidrógeno (o hidrogeniones) 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 adicionado 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. La adición de pequeñas cantidades de ácido o base a una solución amortiguadora o buffer, produce solo un cambio pequeño de pH, porque el amortiguador reacciona con el



ácido o base agregado. Las soluciones amortiguadoras se preparan con un ácido débil y una sal de ese ácido, o con una base débil y una sal de esa base. 2

4.2. Función La función de una solución amortiguadora es la de resistir los cambios de pH cuando se le agregan ligeras cantidades de ácido o base. Su función es muy importante en los sistemas químicos y biológicos y los procesos que requieran un cierto valor de pH que no sea modificable con facilidad. Ya sea por ejemplo para el funcionamiento adecuado de las enzimas en el sistema digestivo o los glóbulos blancos en el torrente sanguíneo. Como funciona una solución buffer a razón del funcionamiento de las soluciones amortiguadoras se basa en el Principio de Le Châtelier, en el equilibrio químico. El ácido o base utilizado, siendo débil, se disocia parcialmente en la solución, por lo que hay una proporción según su constante de equilibrio tanto de producto como de reactivo. 3 4.3. Preparación Se puede preparar disolviendo en agua cantidades adecuadas de un ácido débil y una sal de su base conjugada, (o una base débil y una sal de su ácido conjugado); también se puede obtener una solución reguladora haciendo reaccionar parcialmente (por neutralización) un ácido débil con una base fuerte, o una base débil con un ácido fuerte. Una vez formada la solución reguladora, el pH varía poco por el agregado de pequeñas cantidades de un ácido fuerte ó de una base fuerte, y pierde su capacidad reguladora por el agregado de agua (dilución). 4 4.5. Capacidad de un Buffer Se refiere a la cantidad de materia que puede ser añadida a la disolución sin que cambie de manera significativa su actividad iónica. Van Slyke llamó la capacidad reguladora β a la resistencia que tiene una disolución reguladora a los cambios de pH. 5

2

http://www.ehu.es/biomoleculas/buffers/buffer.htm

3

http://biolokosco.blogspot.com/2007/09/soluciones-buffer.html

4

http://html.rincondelvago.com/soluciones-amortiguadoras-o-buffers.html

5

http://www.buenastareas.com/ensayos/Soluciones-Buffer/1680138.html



4.5. Importancia El uso de las disoluciones buffer es importante en muchos procesos industriales, así por ejemplo en el electroplatinado, la elaboración del cuero, de materiales fotográficos y de tintes. 4.5.1. En la investigación bacteriológica Generalmente se debe mantener el pH de los medios de cultivo para el crecimiento de las bacterias en estudio. 4.5.2. En el cuerpo humano Los valores del pH varían mucho de un fluido a otro, sin embargo estos valores son fundamentales para el funcionamiento adecuado de las enzimas y el balance de la presión osmótica y se mantienen gracias a las disoluciones buffer. 6 Las soluciones amortiguadoras son importantes en nuestros procesos vitales el PH de los jugos gástricos ayudan a la digestión de los alimentos se mantienen entre 1.6 - 1.7 mediante la acción amortiguadora. La saliva se mantiene a un PH de 8.0. La sangre mantiene con mucha exactitud entre los límites del PH normal de 7.3 y 7.5 por un sistema complejo de soluciones amortiguadoras que consisten en proteínas del suero que consta de aminoácidos que contienen grupos ácidos (-COOH) y básicos (-NH 2); iones de carbonato CO23- y los iones de bicarbonato HCO 3-; E iones de fosfato ácido (H 2PO4 -) y de fosfato básico HPO 42 -. Por lo cual tienen múltiples aplicaciones, tanto en la industria como en los laboratorios. 7 4.5.3. En la Industria agrícola Las soluciones tampón se usan para la fertirrigación y la agricultura hidropónica (cultivar plantas usando soluciones minerales y no suelo agrícola). Todas las plantas tienen un intervalo de pH en que las raíces absorben nutrientes de forma idónea. Una variación del pH puede afectar al proceso de absorción de las raíces: disminuyendo la captación de minerales y aumentando la permeabilidad a sustancias tóxicas como el aluminio. A su vez, una variación en el pH afecta la solubilidad de la mayoría de minerales. Existe un pH idóneo para cada planta dependiendo de su fisiología i de los minerales que requiere, 6

http://corinto.pucp.edu.pe/quimicageneral/contenido/368-soluciones-buffer-o-amortiguadoras

7

http://quimicamedia.blogspot.com/2006/10/soluciones-amortiguadoras-o-buffer.html



pero, como norma general, podemos decir que precisan un pH ligeramente ácido (5.5-7) salvo excepciones como las habas con pH un tanto básico (7.4-8.1) 4.5.4. En la Industria alimentaria También son de gran importancia los parámetros del pH ya que, por ejemplo, nos indica si la carne es apta para el consumo humano. Si la carne está entre 5.4 i 7.0 de pH, es apta para el consumo, pero a lo largo del tiempo el pH disminuye, hecho que indica que su consumo no es pertinente. En la industria vinícola, se deben de tener muy en cuenta las variaciones de pH en la elaboración del vino, este debe oscilar entre 2.8 i 3.5, puesto que a pH superior a 3.5 determinadas bacterias pueden atacar el vino y producir variaciones en el sabor. 4.5.5. En la Industria farmacéutica Es sin duda alguna en la Industria farmacéutica en la que se debe tener un control y conocimiento más exhaustivo del pH, por distintas razones: 1. Primeramente, para el diseño de los medicamentos es necesario saber el pH de la zona del cuerpo en que trabajará el fármaco, pues si bajo ese pH las proteínas que queremos usar se desnaturalizan el medicamento no tendrá efecto alguno. 2. En el proceso de formulación de los fármacos se usan las propiedades fisicoquímicas del pKa y el pH para elegir la fórmula óptima del medicamento 3. En los ensayos previos a la comercialización de los medicamentos se requiere un control del pH para garantizar que los resultados obtenidos sean reales i ciertos, pues un pH erróneo podría dar resultados falsos .8 4.6. Sistemas tampón en el organismo Existen tampones de gran importancia en el organismo: 4.6.1. Orgánicos a. Tampón hemoglobina: HHbO2

HbO2- / HbH

Hb- + H+

b. Aminoácidos y proteínas 8

http://es.wikipedia.org/wiki/Tamp%C3%B3n_qu%C3%ADmico



4.6.2. Inorgánicos a. Tampón bicarbonato: CO2 + H2O

H2CO3

HCO3 - + H+

tampón bicarbonato está compuesto por ácido carbónico (H 2CO3) y bicarbonato (HCO3) y el valor de su pKa es de 6,1. Es el tampón más importante de la sangre (pH=7,4), representa el 75% de la capacidad buffer total de la sangre. También está presente en el líquido intersticial. Es un tampón muy eficaz porque la relación HCO 3-/ H2CO3 es muy alta, lo que supone una alta capacidad para amortiguar los ácidos. Supone una ventaja el hecho que se trata de un sistema abierto ya que el CO 2 puede ser eliminado en la respiración muy rápidamente, los H+ se pueden eliminar por vía renal y el HCO 3- puede reemplazarse en la orina. En realidad, este tampón está compuesto por dos equilibrios, pues el ácido carbónico forma CO 2, generando una molécula de H 2O. El

Cuando el pH disminuye, el bicarbonato toma los protones libres. Así, el equilibrio se desplaza hacia el H 2CO3, que a su vez, mediante la reacción catalizada por la anhidrasa carbónica (glóbulos rojos), cede una molécula de H 2O y se convierte en CO 2, el cual se elimina a través de los pulmones. Por el contrario, si el pH de la sangre aumenta, se forma HCO 3- a partir de H 2CO3, lo que conduce a mayor captación de CO 2.

b. Tampón fosfato: H2PO4-

HPO42- + H+

El tampón fosfato está compuesto por el hidrógeno fosfato (NaHPO 4-2) y el dihidrógeno fosfato (NaH2PO 4-). Actúa en el plasma y el líquido intersticial. Este tampón tiene un pKa de 6,8, el cual está mucho más cerca del pH plasmático. Esto significaría que este tampón tendría que ser más útil que el anterior, pero no es así ya que se encuentra en concentraciones menores en sangre y la eliminación del fosfato es mucho más lenta, por vía renal.



A pH fisiológico de 7,4, la relación HPO 4-2/ H2PO4- es igual a 4. Así, se trata de un sistema eficaz para amortiguar ácidos. Como hemos dicho, a nivel sanguíneo, el tampón bicarbonato resulta más útil que el tampón fosfato ya que este último se encuentra en concentraciones bajas. Ahora bien, a nivel intracelular, el tampón fosfato tiene concentraciones elevadas y es más eficiente. 9

9

http://es.wikipedia.org/wiki/Tamp%C3%B3n_qu%C3%ADmico



4.6. Conclusiones

V.        

Bibliografía

http://quimicacotidiana.blogspot.es/1243907160/ http://www.ehu.es/biomoleculas/buffers/buffer.htm http://biolokosco.blogspot.com/2007/09/soluciones-buffer.html http://corinto.pucp.edu.pe/quimicageneral/contenido/368-soluciones-buffer-oamortiguadoras http://html.rincondelvago.com/soluciones-amortiguadoras-o-buffers.html ttp://www.buenastareas.com/ensayos/Soluciones-Buffer/1680138.html http://quimicamedia.blogspot.com/2006/10/soluciones-amortiguadoras-obuffer.html http://es.wikipedia.org/wiki/Tamp%C3%B3n_qu%C3%ADmico

Informe de Soluciones Buffer

Recommend Documents