Ejercicios Resueltos de Buffers

EJERCICIOS DE BUFFERS - PROBLEMAS RESUELTOS

1. a) Determine el pH de una mezcla de 20ml. de acido acético (AcH) 0.2M con 0.1032g. de NaOH(PM 40) y agua destilada en cantidad suficiente para completar el volumen a 100ml si se sabe que el pKa del ácido acético es 4.74 b) ¿La solución podría ser utilizada como un buffer? Explique. a) Calculando el número de moles que hay en 20 mL de Acido acético 0.2M 0.2 moles………1000ml X moles ………. 20ml x = 0.004 moles de ácido Calculando el número de moles que hay en 0.1032g. de NaOH (PM 40) 1 moles ………40gr. x………….0.1032g x………….0.00258 moles de NaOH Observando la reacción producida CH 3 COOH + NaOH → acético sin reaccionar 0.004 0.002558 0.00142

CH 3 COONa + H 2O + Ácido

Concentración molar de ácido (CH 3 COOH): 0.00142 moles --------- 100ml 0.0142 = X --------- 1000 Concentración molar de sal (CH 3 COONa); 0.00258 moles --------- 100ml 0.0258 =X ---------- 1000ml Ph = pKa + log. ( Sal) (Acido) Ph = 4.74 + log (0.0258) = (0.0142)

pH = 5

5.00

0.00258

+

b) La solución si puede utilizarse como buffer, porque tiene en su composición moles de acido y moles de base conjugada que son los componentes de un buffer., así mismo se encuentran en una relación S/A apropiada para actuar como un buffer. 2. Explicar el mecanismo de acción de un buffer fosfato de ph 12.5 ante la adición de HCl (pk 1 = 2.2, pK 2 = 7.2, pk 3 =12.4). Inicialmente se deben identificar los componentes de un buffer fosfato de pH 12.5, HPO42-

PO43+ + H+

Luego, se debe analizar cuál de los componentes del buffer reaccionará + ante la adición de HCl. Los H del HCl reaccionarán con la sal del buffer, formando mayor cantidad de ácido del buffer, de manera tal que al no encontrarse libres en la solución, no se producirá un cambio brusco de pH. El cambio de pH dependerá de la cantidad de HCl agregado que se reflejará en un cambio en la relación S/A del buffer.

3. El pH óptimo para la actividad de una α – amilasa es 7.5 La enzima se incuba en presencia de 1 litro de buffer fosfato (H 2 PO 4 Na) (HPO 4 Na 2 ) de concentración 0.05M y Ph 7.5. Por error se agregan al ensayo 31 ml de HCl 1M. Conociendo que la enzima se inactiva a Ph ≤ 4 determine si después de agregar el HCl, continuará actuando (pk=7.2)

7.5 = 72 + log Antilog. 0.3 =

S  A S  A =

Calculando la molaridad de la sal y del ácido S (a)  A (b) [S]+ [A] = 0.05 Despejando de a y b: [S] = 0.033 M ó 0.033 moles por litro de sal [A] = 0.017 M ó 0.017 moles por litro de ácido Determinando el número de moles de HCl que se agregaron al buffer, Si a este buffer se le agrega 31ml HCl 1M: 1mol -------------------- 1000 N° moles HCl = 0.031 moles= X -------------------31ml

Lt Los 31 ml equivalen a 0.031 moles de acido que se adicionan y que serán neutralizados por la sal del buffer.(Formándose mayor cantidad de ácido y disminuyendo la cantidad de base conjugada o sal ) Por lo tanto : N° moles sal = 0.033 – 0.031 = 0.002 N° moles acido = 0.017 + 0.031 = 0.048

Si se calculan las nuevas molaridades,para utilizar la expresión original de Hendersson Hasselbach, 0.002 moles de sal ------------ 1031ml (S) = X ----------- 1000 0.048 moles de ácido ----------- 1031ml (A) = X ------------ 1000 Ph = 7.2 + log ( Sal) (Acido)

pH = 5.82 Como la enzima se inactiva a ph ≤ 4 , se concluye que la enzima continuará actuando, aunque con menor eficiencia al estar fuera del pH óptimo.

4. Describir la preparación de 500ml. de un tampón citrato 0.02M de Ph 4.5 a partir de citrato monosódico (PM 214) Y citrato bisódico 0.5M (pk 3.13, pK 2 4.2 y pk 3 6.4).

Para describir la preparación de este tampón citrato 0.02M de pH 4.5, primero se toma en cuenta la relación S/A y la concentración del buffer para determinar la concentración molar de sal y acido en el buffer solicitado: 4.5

(a) (b)

= 4.2 + log

S  A

S  A [S]+ [A] = 0.02

Resolviendo de (a) y (b): [S] = 0.0133 M ó moles por cada litro. [A] = 0.0067 M ó moles por cada litro. Determinando el número de moles que se necesita para 500ml del buffer: Para la sal: 0.0133 moles……… 1000ml x moles …………. 500ml x = 0.0067 moles Para el ácido: 0.0067 moles……… 1000ml X moles…………. 500ml x =

0.00335 moles

para preparar 500ml de tampón citrato necesito 0.0067 moles de sal y 0.00335 moles de acido. Para un buffer citrato de pH 4.5 los componentes ácido y sal serían citrato monosódico y citrato bisódico respectivamente. Analizando los reactivos a partir de los que se va a preparar el buffer :  Citrato monosódico (PM = 214) (Acido)  Citrato bisódico 0.5 M (Sal) Estimando la cantidad de ácido y sal que se necesita 1mol Citrato monosódico …......214 0.00335 moles ………x x = 0.7169g de ácido (citrato monosódico)

0.5 moles Citrato bisódico ……………..1000 0.0067moles …………………..…………….. x x = 13.4ml Descripción de la preparación Se pesan 0.7169g. de Citrato monosódico agrega 500ml.

se agregan 13.4ml de sal y se

H 2 O destilada en cantidad suficiente para hacer un volumen de

5.

Explique como prepararía 100ml de buffer acetato 0.05M y Ph 4.74 con los siguientes reactivos: Acido acético (CH2COOH) 0.2M y NaOH (PM 40) (pKa acido acético 4.74)

Los componentes de un buffer acetato serían Acido acético (CH 2 COOH) y (CH 2 COONa). Por lo tanto utilizaremos el NaOH para formar la sal del buffer. Como el Ph = pka , deducimos que la concentración de [S] = [A]

Si la concentración del buffer es: 0.05M

[S] = [A] = 0.025 M

Para 100ml de buffer necesitamos N° moles de sal: 0.025 …… 1000 X …… 100 X …… 0.0025 moles de sal N° moles de acido = n° moles

sal = 0.0025 moles

CH 3 COOH + NaOH →

CH 3 COONa + CH 3 COOH 0.0025 0.0025 Buffer

Por lo tanto, después de reaccionar el acido acético con el NaOH deberíamos obtener 0.0025 moles de acetato de sodio (sal) y 0.0025 moles de acido acético (ácido). Entonces: CH 3 COOH + NaOH → CH 3 COONa + CH 3 COOH 0.05 0.0025 0.0025 0.0025 Buffer Se necesitan 0.05 moles de CH 3 COOH y 0.0025 moles de NaOH que se tomarán de los reactivos CH 3 COOH 0.2 M y NaOH (40). CH 3 COOH 0.2M:

0.2 moles ……. 1000 0.05 ……. X X …… 25ml

NaOH (40): 1 mol …. 40g 0.0025moles ….. X

X = 0.1g

El buffer se prepara tomando 25ml de CH 3 COOH 0.2 M, agregando 0.1g NaOH y H 2 O destilada en cantidad suficiente para 100ml.

6. La siguiente es una grafica obtenida al titular ácido glutánico con NaOH 0.1M.

pH

9.6 6.9

4.2 3.2

2.2

NaOH a) Cuántos sistemas buffer han sido formados? b) ¿Qué carga presentaría el aminoácido a Ph fisiológico? (7.4) c) ¿Podría utilizar dicho aminoácido para preparar un buffer de Ph 7? Explique.

pH puntos de inflexión pK3

9.6 pK2

6.9

4.2

pK1 Especie con carga neta cero.

COOH

3.2 +1 -2

0

-1

mL NaOH

COOH

+1

COO-

+

+

H3O

H3O COOH

PI = PK 1 + PK 2 2

0

COOH3O

COOH

COO-

+ NH 3 COO-

COO-

= 4.2 + 2.2 = 3.2 2

a) Se han formado 2 sistemas buffers, el primer buffer formado por las especies +1 y 0 y el segundo buffer formado por las especies 0 y -1. b) a pH fisiológico (7.4) la carga del aminoácido 0 y -1. c) El Punto Isoeléctrico (PI) es 3.2 d) No se podría utilizar este aminoácido como buffer porque a pH 7 presenta un valor que está mas cerca al 2° punto de inflexión.