UNIVERSIDAD DE LA COSTA, CUC DEPARTAMENTO DE CIENCIAS BÁSICAS
SOLUCIONES BUFFER O AMORTIGUADORAS ACIDA Y BASICA Katherine Gómez Domínguez
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Lilibeth Muñoz Estrada
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Paulina Oquendo Ahumada
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María Vásquez de la Cruz
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solución buffer, es la cantidad de ácido o base que dicha solución puede neutralizar antes de que el pH del medio que está siendo regulado cambie apreciablemente. El intervalo máximo de pH en el que debe variar una solución amortiguadora es de 2 unidades. Gracias a esta propiedad de impedir los cambios bruscos de pH, las soluciones amortiguadoras son de gran importancia en muchos campos de estudio, siendo el más importante la medicina, donde se requieren para el mantenimiento del pH de muchos sistemas biológicos, de igual forma, también son ampliamente usadas en la industria agrícola, para la fertirrigación y la agricultura hidropónica, en la Industria alimentaria, para conocer los parámetros del pH, que nos ayuda a saber si los alimentos son aptos para consumo humano y en la industria farmacéutica, para el control del PH en el medicamento.
Resumen: En esta experiencia de laboratorio se estudió la solución Buffer ácida y básica, que 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 pH, o concentración de ion hidrógeno de la disolución con el fin de determinar de manera experimental el pH para estas soluciones en distintas concentraciones, los resultados obtenidos para la solución tampón acida no fueron los esperados puesto que no estuvo en el rango establecido que fue de 5 sino que tuvo un rango de 6,74, mientras que en la solución tampón básica si se obtuvo el establecido dando un rango de 10,06.
Palabras Claves: Acida, básica, concentraciones, buffer, pH, rango, solución, tampón.
2. FUNDAMENTOS TEÓRICOS
Abstract: In this experience of laboratory there was studied the solution acid and basic Buffer, which is a solution that can absorb big moderate quantities of acids or bases, without a significant change in his pH, that is to say, it is a dissolution that contains a few substances that disable the changes of pH, or concentration of ion hydrogen of the dissolution in order to determine in an experimental way the pH for these solutions in different concentrations, the results obtained for the solution tampon acid were not the awaited ones since it was not in the established range that was of 5 but it had a range of 6,74, whereas in the solution tampon basic if the established one was obtained giving a range of 10,06.
2.1 DISOLUCIONES AMORTIGUADORAS Mantener el pH constante es vital para el correcto desarrollo de las reacciones químicas y bioquímicas que tienen lugar tanto en los seres vivos como, a nivel experimental, en el laboratorio. Los amortiguadores (también llamados disoluciones amortiguadoras, sistemas tampón o buffers) son aquellas disoluciones cuya concentración de protones apenas varía al añadir ácidos o bases fuertes.
Un ácido débil y una sal del mismo ácido con una base fuerte (por ejemplo, ácido acético y acetato sódico)
Una base débil y la sal de esta base con un ácido fuerte (por ejemplo, amoníaco y cloruro amónico)
Key Words: Acid, basic, concentrations, buffer, pH, range, solution, tampon.
1. INTRODUCCIÓN
La concentración de protones del agua pura experimenta una elevación inmediata cuando se añade una mínima cantidad de un ácido cualquiera. A un litro de agua neutra (pH 7) basta añadirle 1 ml de HCl 10M para que el pH descienda 5 unidades. En cambio, si esta misma cantidad de ácido se añade a 1 litro de disolución amortiguadora formada por HAc/AcNa 1M, el
Las soluciones buffer son soluciones cuya concentración de hidrogeniones varia muy poco al añadirles ácidos o bases fuertes. Las más sencillas están formadas por mezclas binarias de un ácido débil y una sal del mismo acido o bien, una base débil y la sal de la base. La capacidad amortiguadora de una
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UNIVERSIDAD DE LA COSTA, CUC DEPARTAMENTO DE CIENCIAS BÁSICAS pH desciende en una centésima, o sea, quinientas veces menos.
base débiles conjugados que neutralizan los iones H+ y OH-. Las soluciones amortiguadoras consisten de ácidos o bases débiles y las sales de esos ácidos o bases. Escoger un sistema amortiguador apropiado depende de los rangos de pH a amortiguar. La mayoría de las reacciones biológicas ocurren en un rango de pH que va de 6 a 8. Los buffers de fosfato amortiguan a un rango de pH de 6,5 a 7,5. Los buffers de ácido carboxílico son útiles para un pH de 3 a 6. Los buffers de borato funcionan en un pH de 8,5 a 10. Los buffers de aminoácido como la glicina y la histidina pueden usarse en varios rangos de pH. El buffer Tris es uno de los sistemas amortiguadores más utilizados en laboratorios biológicos.
2.2 CARACTERÍSTICAS Y FUNCIONES. Las sustancias reguladoras tienden a mantener el carácter ácido o básico de una sustancia, donde va a establecer el pH de una solución. Donde una solución reguladora ácida se prepara a partir de mezclas de ácidos débiles y sus bases conjugadas y una solución reguladora básica se prepara a partir de mezclas de bases débiles y ácidos conjugados. Las sustancias básicas tienden a perder características de sus propiedades fácilmente en cambio las sustancias ácidas no tan fácil hay que aplicarle una mayor cantidad de sustancias si de transformarlas se trata su función es la de mantener el pH de una solución determinada. Las soluciones reguladoras son capaces de mantener las ácidas o basicidad de un sistema dentro de un intervalo reducido de PH. Contienen un ácido y una base débil, tienden a regular el PH de las sustancias.
2.5 LA ECUACIÓN DE HENDERSONHASSELBALCH Es una fórmula química que se utiliza para calcular el pH, de una solución buffer, o tampón, a partir del pKa (la constante de disociación del ácido) y de las concentraciones de equilibrio del ácido o base, del ácido o la base conjugada.
La característica principal es la de mantener estable el nivel de acidez o basicidad en una sustancia en un intervalo determinado de pH. Su función principal es la de preservar las sales de calcio y de magnesio en un pH.
2.3 SOLUCIONES AMORTIGUADORAS
BUFFER
O
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, adicionales no podrán tener efecto alguno sobre el agua, ya que esta siempre se estabilizará de inmediato. ¿Qué clase de sustancias químicas son "Buffer"?. En general, los buffer consisten en sales hidrolíticamente activas que se disuelven en el agua. Los iones de estas sales se combinan con ácidos y bases. Estas sales hidrolíticamente activas son los productos que resultan de la reacción entre los ácidos débiles y las bases fuertes como el carbonato de calcio (a partir del ácido carbónico e hidróxido de calcio) o entre ácidos fuertes y bases débiles como el cloruro de amonio [a partir del ácido clorhídrico e hidróxido de amonio].
2.4 CÓMO PREPARAR AMORTIGUADORAS
Dónde:
S es la sal o especie básica, y
A es el ácido o especie ácida Tabla 1. Constante de disociación del ácido Ácido o base
pKa
pKa
pKa
Ácido fosfórico
2.1
7.2
12.3
Ácido cítrico
3.1
4.8
5.4
Ácido carbónico Glicil glicina
6.4
10.3
-
3.1
8.1
-
Ácido Acético
4.8
-
-
Tris
8.3
-
-
Hepes
7.6
-
-
SOLUCIONES
3. DESARROLLO EXPERIMENTAL
Las soluciones buffer o amortiguadoras resisten los cambios de pH ya que contienen ácidos-
Esta experiencia se dividió en dos partes, en la primera parte se llevó a cabo la practica sobre solución
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UNIVERSIDAD DE LA COSTA, CUC DEPARTAMENTO DE CIENCIAS BÁSICAS buffer acida y en la segunda parte la de solución buffer básica.
Fig. 2 Medición del pH buffer básico
PRIMERA PARTE
4. CÁLCULOS Y ANÁLISIS DE RESULTADOS
En la solución buffer acida se tomó en un beaker 100 ml de solución y se calculó la cantidad de la respectiva sal que se debía agregar para obtener una solución buffer con pH=5 y se mezcló con el HCl dando la solución amortiguadora o tampón, luego se procedió a medir el pH. En otro beaker se tomó 100 ml de agua destilada y se le midió igualmente el pH. Se añadió a la solución tampón, 5 ml de ácido clorhídrico 0,1 M y se le midió el pH, de igual forma se añadió al beaker con agua destilada, 5 ml del HCl 0,1 M y se le midió el pH.
Tabla 2. Datos buffer acido
Agua destilada Agua destilada - HCl Tampón - HCl Solución Buffer
6,91 2,61 6,10 6,74
4.1 ¿Cómo explicaría los diferentes valores de pH observados? ¿Qué ocurre en cada caso? Explique. Lo explicaríamos de tal manera que al tener el agua destilada y adicionarle el ácido o la base el pH por el grado de acidez de cada sustancia va a tomar un valor diferente. Agua destilada y HCL: En este caso al mezclarlas y medirle el pH nos dio 2,61, lo cual estuvo por debajo del pH indicado que era de 5. Tampón y HCL: En esta reacción ocurre que el pH estuvo por encima de 5 el cual fue de 6,10. Solución buffer: al igual que la reacción anterior el pH estuvo por encima de 5 con una diferencia de entre estas de 0,64.
Fig. 1 Medición de pH buffer ácido
4.2 Investigue aplicaciones prácticas (ejemplos) de las soluciones amortiguadoras o tampones y 3 parejas de ácido o base (diferentes a las vistas) con sus respectivas sales que puedan ser utilizadas para preparar soluciones buffer.
SEGUNDA PARTE Para la solución buffer básica, se tomó en un beaker 100 ml de solución NH3, se calculó la cantidad de la respectiva sal que se debió agregar para obtener una solución buffer con pH=10, se mezcló con la base y se le midió el pH. En otro beaker se tomó 100 ml de agua destilada y se le midió el pH, luego se añadió a la solución tampón, 5 ml de hidróxido de sodio 0,1 M y se le midió el pH. De igual forma se añadió al beaker con agua, 5 ml de NaHCl 0,1 M y se le midió el pH.
1. 2. 3.
Agua marina CO2 – O2 Para un ácido débil: HA + OH- ! H2O + AA- + H3O+ ! HA + H2O Para una base débil: MOH + H3O+ ! M+ + 2H2O M+ + OH- ! MOH Tabla 3. Datos buffer básico.
Agua destilada NH3 - NaHCl Agua destilada NaOH Tampón - NaOH
-
6,64 10,06 11,06 10,33
4.3 ¿Cómo explicaría los diferentes valores de pH observados? ¿Qué ocurrió en cada caso? Explique. Lo explicaría de tal manera que al tener el agua destilada y adicionarle la base el pH por el grado de acidez de cada sustancia va a tomar un valor diferente.
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conjugada en proporciones equimolares, así las adiciones de ácido se neutralizaran con la base conjugada y las de base con el ácido, desplazando las posiciones de estos en el equilibrio pero manteniendo invariante el pH. Al preparar las soluciones amortiguadoras se logró determinar que en la solución tampón acida al medir su pH se obtuvo un rango por debajo de 5 por el cual se puede decir que pudo haber un error al momento de medir los volúmenes de los reactivos a utilizar para obtener la solución tampón o también pudo ser que el pHmetro se encontraba
NH3 y NaHCl: En este caso el pH estuvo más cerca que las demás soluciones. Agua destilada y NaOH: Ocurrió que al adicionarle NaOH al agua destilada su pH fue de 11,61 y estuvo alejado del pH que se estableció en 1,61. Tampón y NaOH: Se obtuvo el pH establecido el cual fue de 10,33
4.4 ¿Por qué es importante mantener el pH estable en un cuerpo de agua? Explique.
descontrolado, mientras que en la solución tampón básica se obtuvo el pH establecido el cual fue de 10 y se mantuvo en su rango. Al preparar
Porque el agua debe mantenerse balanceada, para que las especies que hábitat en el puedan vivir confortablemente. Como también todo individuo que se beneficie de él la encuentre apta para su consumo, ya que en ella no hay un control de proceso de potabilización para mantener el pH estable, es decir en su rango.
una solución cualquiera los errores siempre van a estar presentes los cuales debemos tratar de corregirlos. Por último se puede decir las soluciones amortiguadoras cumplen un papel importante en cualquier reacción biológica ya que no permiten un cambio brusco de pH y logran mantener las soluciones en un lugar donde el pH sea óptimo para estas.
4.5 ¿Cuál es la importancia, desde el punto de vista ambiental, de las soluciones buffer? Argumente.
6. BIBLIOGRAFÍA
Es importante, ya que es un factor de vital uso para la regulación del pH del agua el cual debe mantenerse estable para cualquier cuerpo de agua, digamos que a nivel ambiental, podemos regular el pH para el beneficio en común de ciertas especies vegetales, animales.
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[2]
Lic. Ana María Martin. Química Analítica [Internet], pp 4-8. Disponible en: http://materias.fi.uba.ar/6305/download/S OLUCIONES%20REGULADORAS %20DE%20pH.pdf Consultado 12 de Septiembre de 2014 [2] [Internet] Soluciones Amortiguadoras. Disponible en: http://Como.prepara.una.solución.buffer/qi d=2009091018135dKof Consultado 12 de Septiembre de 2014
Ejemplo: Imagínate que para que una planta crezca necesitas de un pH básico, si el suelo donde la plantas es de pH ácido, esta planta no crecerá, pero si tratas el suelo con una solución amortiguadora, posiblemente llegues a obtener el pH deseado para que la planta crezca.
5. CONCLUSIONES Una solución tampón o Buffer es una solución capaz de amortiguar las variaciones de pH realizadas por la adición de un ácido o una base, gracias a que contiene en equilibrio a un ácido débil y su base
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[Internet] Aplicaciones de las Soluciones Amortiguadoras. Disponible en:http://answers.yahoo.com/question/ind ex?qid=20070910153400AA0dKof Consultado 12 de Septiembre de 2014
