Soluciones amortiguadoras o buffers

Reacciones químicas. PH. Tampón ácido. Amortiguadora. Materiales. Reactivos. Cuestionario. Conclusiones

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Primer Informe de laboratorio de bioquímica

SOLUCIONES AMORTIGUADORAS O BUFFERS

RESUMEN

Se prepararon las soluciones amortiguadoras correspondientes para determinar el pH de las mismas y obtener nuestros resultados y conclusiones.

Palabras claves: pH calculado. PH metro, buffer.

INTRODUCCION

Soluciones Buffer: Muchas de las reacciones químicas que se producen en solución acuosanecesitan que el pH del sistema se mantenga constante, para evitar que ocurran otras reacciones no deseadas. Las soluciones de ácidos débiles y sus bases conjugadas, por ejemplo ácido acético y acetato de sodio, tienen la propiedad de reaccionar cuando se les añade ácidos y bases.

OBJETIVOS

Determinar las características especiales de cada sustancia por medio de la determinación del pH y la de observar la capacidad amortiguadora o de resistencia a los cambios bruscos de pH que poseen algunas sustancias presentes en los organismos vivos.

Preparar soluciones amortiguadoras de un PH determinado

Observar el efecto amortiguador de las soluciones buffer al agregarles ácidos o bases.

MARCO TEORICO

Una solución buffer o tampón o amortiguadoraes una mezcla de un ácido débil y una base débil, la cual se puede obtener mezclando un ácido débil con una de sus sales correspondientes, “tampón ácido”, puesto que el anión del ácido es una base débil. También se puede preparar la solución amortiguadora mezclando una base débil con una de sus sales correspondientes “tampón básico”. El ácido débil reacciona con una cantidad de OH- agregado, mientras que el papel de la base débil es consumir el H+ que pueda haberse introducido. Esto impide que se perturbe en mayor grado el equilibrio: H2O H+ + OH- del cual dependa el PH mayor de la solución. El efecto amortiguador de estas soluciones se presenta cuando se les agrega pequeñas cantidades de ácidos fuertes o bases fuertes. El responsable de este efecto es una o más reacciones que ocurren dentro del sistema y en las cuales se consume casi totalmente el ácido o base agregados. Esta reacción puede determinarse fácilmente sobre la base del equilibrio que predomina en el sistema aplicando el teorema de Chatelier y teniendo en cuenta que siempre que un ácido esta en presencia de dos bases reacciona con aquella que produzca la sustancia más estable o que posee la menor constante de disociación y lo mismo puede decirse si se trata de una base en presencia de dos ácidos. El ácido (ácido acético) reacciona al añadirse una base, mientras que su base conjugada (ión acetato) reacciona al añadirse un acido. La adición de cantidades relativamente pequeñas de ácidos y bases ejerce poco efecto en el PH de la solución original.

Puesto que estas soluciones impiden cambios comparativamente grandes en PH, se llaman soluciones amortiguadoras. Estas soluciones no son especialmente sensibles a la adición de pequeñas cantidades de un ácido o una base. Bases débiles (NH3) y sus ácidos conjugados (NH4Cl) son también soluciones amortiguadorasuna mezcla de ácido acético y acetato de sodio; o bien una base débil y la sal de esta base con un ácido fuerte, por ejemplo, amoníaco y cloruro de amonio.

Las soluciones amortiguadoras son importantesen 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 (-NH2); iones de carbonato CO23- y los iones de bicarbonato HCO3-; E iones de fosfato ácido (H2PO4 -) y de fosfato básico HPO42 -. Por lo cual tienen múltiples aplicaciones, tanto en la industria como en los laboratorios.

Se puede preparardisolviendo 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).

El pHo potencial hidrogenado es uno de los procedimientos analíticos más importantes y más utilizados en bioquímica por la razón de que esta medida determina características notables de la estructura y la actividad de las macromoléculas biológicas por consiguiente la conducta de las células y del organismo.

PH: el potencial hidrógeno (pH), el logaritmo negativo de la actividad de los iones hidrógeno. Esto es: PH=-log (H+) En disoluciones diluidas en lugar de utilizar la actividad del ión hidrógeno, se le puede aproximar utilizando la concentración molar del ión hidrógeno. Por ejemplo, una concentración de [H+] = 1×10-7 M (0,0000001) es simplemente un pH de 7 ya que: pH = -log [10-7] = 7. El pH típicamente va de 0 a 14 en disolución acuosa, siendo las disoluciones con pH menores a 7 ácidas, y las tiene pH mayores a 7, básicos. El pH = 7 indica la neutralidad de la disolución (siendo el disolvente agua). Se considera que p es un operador logarítmico sobre la concentración de una solución: p = -log (...)

También se define el pOH, que mide la concentración de iones OH-. Puesto que el agua está disociada en una pequeña extensión en iones OH- y H+, tenemos que: Kw = [H+][OH-]=10-14, en donde [H+] es la concentración de iones de hidrógeno, [OH-] la de iones hidróxido, y Kw es una constante conocida como producto iónico del agua.

Por lo tanto, Log Kw = log [H+] + log [OH-] -14 = log [H+] + log [OH-] pOH = -log [OH-] = 14 + log [H+]. Por lo que se puede relacionar directamente el valor del pH con el del pOH. En disoluciones no acuosas, o fuera de condiciones normales de presión y temperatura, un pH de 7 puede no ser el neutro. El pH al cual la disolución es neutra estará relacionado con la constante de disociación del disolvente en el que se trabaje.

Medición DEL pH: El valor del pH se puede medir de forma precisa mediante un pH metro, un instrumento que mide la diferencia de potencial entre dos electrodos: un electrodo de referencia (generalmente de plata/cloruro de plata) y un electrodo de vidrio que es sensible al ión hidrógeno.

También se puede medir de forma aproximada el pH de una disolución empleando indicadores, ácidos o bases débiles que presentan diferente color según el pH. Generalmente se emplea papel indicador, que se trata de papel impregnado de una mezcla de indicadores.

Materiales, reactivos y procedimiento

  • 2pipetas graduadas de 10 ml
  • 1 soporte para tubos de ensayo
  • 14 tubos de ensayo
  • 60 ml de disolución 0.15M de fosfato potásico monosustituido
  • 30 ml de disolución 0.15M de fosfato sódico disustituido
  • 28ml de disolución 0.1N de acido acético
  • 35ml de disolución 0.1N de acetato sódico

En los primeros 6 tubos de ensayo numerados se vertió las disoluciones de acido acético y acetato sódico para las soluciones buffer acidas, en las siguientes proporciones dadas en mililitros. Determinamos con el pH metro su ph experimental.

disolución

Numero de tubos de ensayo

1

2

3

4

5

6

Acido acético 0.1N (mL) CH3-COOH

9

8

5

3

2

1

Acetato sódico 0.1N (mL) CH3COONa

1

2

5

7

8

9

PH experimental

3.24

3.45

3.78

4.40

4.85

5.66

PH calculado

3.79

4.14

4.77

5.11

5.34

5.69

% de error

14.51

16.66

20.75

13.89

9.17

0.52

Con los siguientes tubos de ensayo se prepararon las soluciones buffer básicas y se determino su pH experimental con el uso del pH metro, vertiendo las disoluciones de fosfato potásico monosutituido y fosfato sódico disustituido en las proporciones dadas en mililitros.

disolución

Numero de tubos de ensayo

1

2

3

4

5

6

7

8

Fosfato potásico monosustituido 0.15M(mL)KH2PO4

9.5

9

8

7

6

5

4

3

Fosfato sódico disustituido 0.15M (mL)NaH2PO4

0.5

1

2

3

4

5

6

7

pH experimental

4.99

5.38

6.00

6.03

6.18

6.14

6.90

6.90

pH calculado

5.72

6.04

6.40

6.63

6.80

7.00

7.17

7.36

% porcentaje de error

12.76

10.9

6.25

9.04

9.11

12.2

3.76

6.25

Expresión de Resultados

Hallamos el ph calculado mediante la fórmula:

H+=Ca/Cs*K

PH=-log (H+)

Remplazando en la formula obtenemos el pH calculado en el cual vemos los

Márgenes de error que se pueden porcentualizar.

Análisis de resultados

En algunos de los resultados se observa la diferencia entre el pH calculado y el pH obtenido por el pH metro, a partir del error calculado, todo ello provisto por las falencias en cuanto a la manipulación y preparación de las soluciones buffer lo que produjo una alteración en su pH teórico o real.

Al interpretar los resultados obtenidos nos damos cuenta que al disminuir la cantidad de Acido acético 0.1N (mL) CH3-COOH y aumentar la de Acetato sódico 0.1N (mL) CH3COONa se obtiene un aumento en el pH de la disolución asiéndola más básica; lo mismo ocurre para la disolución buffer básica el Fosfato potásico monosustituido 0.15M (mL) disminuye KH2PO4 Fosfato sódico disustituido 0.15M (mL) NaH2PO4aumenta, aumentando el pH.

Cuestionario

Para un mismo tipo de solución amortiguadora ¿Por qué varia el pH de las diferentes soluciones preparadas?

Respuesta.

Bueno el pH de las soluciones varía porque la cantidad en ml de las partes de la disolución varia y la solución amortiguadora se hace más básica o acida de acuerdo a la concentración en volumen de cada una de sus partes.

Aumentan los moles de acido

Disminuyen los moles de sal

Disminuye el pH

Conclusiones

1. De la primera práctica sobre el pH se concluye que la forma más exacta de medir el pH de las soluciones fue la del pH metro.

2. Del experimento se concluye que las soluciones a partir de sustancias al resistirse a los cambios en el pH demuestran ser soluciones que tiene una capacidad buffer o amortiguadora Las soluciones amortiguadoras, resisten cambios bruscos de pH, es por eso que al adicionarle HCl y NaOH, la variación de PH de 3. La solución Buffer es muy pequeña. Si esta solución no fuese reguladora al agregarle el HCl (ácido fuerte), el PH disminuía en grandes proporciones, por el contrario al adicionarle NaOH aumentaría.

4. Cuando la sustancia que se agrega a la solución amortiguadora es agua destilada el cambio de PH va a ser mínimo.

5. Es importante tener en cuenta la clase de sustancia con la que se está realizando las experiencias ya que dependiendo de la clasificación en la que se encuentre (ácido-base) los cálculos serán específicos y se regirán por cifras y principios diferentes.

BIBLIOGRAFÍA

Garzón Guillermo. Química general con manual de laboratorio. Editorial McGRAW - HILL, 2ª edición. 1986 México.

Longo Federick. Química general. Editorial McGRAW - HILL, 1979 buenos aires.

Mahan Bruce H. Química curso universitario. Editorial fondo educativo interamericano, 2ª edición. 1977, 1968 Bogota, caracas, México.