Soluciones amortiguadoras o buffers

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
acuosa necesitan 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 amortiguadora es 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 amortiguadoras una 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 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 (-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 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).
El pH o 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.
disolució Numero de tubos de ensayo
n
1
2
3
4
5
6
Acido
9
8
5
3
2
1
acético
0.1N
(mL)
CH3COOH
Acetato 1
2
5
7
8
9
sódico
0.1N
(mL)
CH3CO
ONa
PH
3.24
3.45
3.78
4.40
4.85
5.66
experim
ental
PH calculado
3.79
4.14
4.77 5.11
5.34
5.69
% de
14.51
16.66
20.75
13.89
9.17
0.52
error
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
9.5
2
9
3
8
4
7
5
6
6
5
7
4
8
3
0.5
1
2
3
4
5
6
7
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
Fosfato potásico
monosustituido
0.15M(mL)KH2PO4
Fosfato sódico disustituido
0.15M (mL)NaH2PO4
pH experimental
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.