-
INTRODUCCIN En esta 4 sesin prctica se observan las reacciones
acido base en soluciones tampn o buffer, preparando para ello
soluciones amortiguadoras de forma adecuada y reconocer
experimentalmente el poder regulador que tienen sobre el pH,
considerando conocimientos adquiridos en las sesiones anteriores
con respecto a la medicin del pH y la preparacin de soluciones.
Luego, se le adiciona en primera instancia cido, para
posteriormente hacerlo con una base. MARCO TEORICO Mantener el pH
constante es vital para el correcto desarrollo de las reacciones
qumicas y bioqumicas que tienen lugar tanto en los seres vivos
como, a nivel experimental, en el laboratorio. Los amortiguadores
(tambin llamados disoluciones amortiguadoras, sistemas tampn o
buffers) son aquellas disoluciones cuya concentracin de protones
apenas vara al aadir cidos o bases fuertes. Los amortiguadores ms
sencillos estn formados por mezclas binarias:
un cido dbil y una sal del mismo cido con una base fuerte (por
ejemplo, cido actico y acetato sdico)
una base dbil y la sal de esta base con un cido fuerte (por
ejemplo, amonaco y cloruro amnico)
La concentracin de protones del agua pura experimenta una
elevacin inmediata cuando se aade una mnima cantidad de un cido
cualquiera. A un litro de agua neutra (pH 7) basta aadirle 1 ml de
HCl 10M para que el pH descienda 5 unidades. En cambio, si esta
misma cantidad de cido se aade a 1 litro de disolucin amortiguadora
formada por HAc/AcNa 1M, el pH desciende en una centsima, o sea,
quinientas veces menos. MATERIALES Los materiales utilizados, entre
instrumentos y reactivos qumicos, son los siguientes: Balanza
Analtica Vidrio reloj Papel pH Matraz aforado Pinzas Probeta
Piseta
-
Pro pipeta Pipeta Vaso de precipitado Varilla de vidrio Hidrxido
de Sodio 0.1M cido Clorhdrico 0.1M cido Actico Acetato de Sodio
DESARROLLO Se calcul el volumen de cido actico (CH3COOH, PM=60
g/mol) y la masa de Acetato de Sodio (CH3COONa, PM=82 g/mol) a
medir para preparar 100mL de una solucin tampn CH3COOH/CH3COONa con
un pH 4.5 y una concentracin total 0,40 M, para lo cual se consider
una solucin de CH3COOH concentrado al 99.1% p/v con una densidad de
1.06 g/mL.
Teniendo adems el dato de la constante de acides (Ka) = 1,8 x
10-5 , Se utiliza la ecuacin de Henderson-Hasselbach:
pH = pka + log [ A ] [HA]
Reemplazando los datos:
4,5 = 4,75 + log [ CH3COO- ] [CH3COOH]
-0,25 = log [ CH3COO- ] / 10x
[CH3COOH]
0,56 = [ CH3COO- ] [CH3COOH]
0,56 [CH3COOH] = [ CH3COO- ]
[CH3COOH] + [ CH3COO- ] = 0,40 0,56 [CH3COOH] + [CH3COOH] =
0,40
1,56 [CH3COOH] = 0,40 M [CH3COOH] = 0,256 M
-
[ CH3COO- ] = 0,40 0,256 = 0,144 M
Luego se calcula la masa del acetato de sodio y el volumen del
cido actico con la frmula de la molaridad.
Ch3COONa 0,144 M = n / L 0,144 M = (x gr / (88 gr/mol)) / 0, 1 L
x = 1,18 gr CH3COOH 0,256 M = n / L 0,256 M = (x gr / (60 gr/mol))
/ 0,1 L x = 1,54 gr Volumen CH3COOH X = (1,54 gr * 100) / 99,1 gr X
= 1,5 mL aproximadamente.
Luego se procedi a preparar una solucin amortiguadora a travs
del siguiente procedimiento: 1. Se midieron las cantidades
calculadas previamente de CH3COOH y CH3COONa a utilizar y
trasvasijadas a un vaso de precipitado con 15-20 mL de agua
destilada.
Imagen 1. Pesaje de CH3COONa, obteniendo el valor previamente
calculado
-
2. Se verti la disolucin en un matraz aforado de 100 mL,
adicionando agua destilada para enrasar hasta el aforo.
Imagen 2. Matraz Aforado
3. Se agit el matraz, bien cerrado, para homogeneizar la
disolucin.
Imagen 3. Matraz Aforado siendo agitado
-
4. Se registr el pH de la solucin preparada con cinta indicadora
para verificar los clculos previos. Control de la capacidad
amortiguadora Adicin de Acido: 1.- Se traspas 25 mL de la solucin
tampn preparada en el paso previo, con una pipeta o bureta, a un
vaso de precipitado y se midi su pH. 2.- Se agreg al vaso de
precipitado 5mL de solucin de cido Clorhdrico (HCl) 0.1M, se agito
con una varilla de vidrio limpia y se midio nuevamente el pH. 3.-
Se realiz el mismo procedimiento con 25 mL de agua destilada y se
compar las variaciones de pH observados en ambos casos. Adicin de
Base: 1.- Se tom 25 mL de la solucin tampn preparada a un vaso de
precipitado y se midi su pH. 2.- Se agreg al vaso de precipitado 5
mL de solucin de hidrxido de sodio (NaOH) 0.1M, se agito con una
varilla de vidrio limpia y se midi nuevamente el pH. 3.- Se realiz
el mismo procedimiento con 25 mL de agua destilada y se compar las
variaciones de pH observadas en ambos casos.
-
RESULTADOS Inicialmente se tiene que el agua destilada tiene un
pH neutro (pH = 7). Tambin se tena el pH de la solucin buffer
CH3COOH/CH3COONa (pH = 4,5) con un color anaranjado.
Imagen 3. Soluciones ensayadas en el experimento
Imagen 4. Medicin de pH de las 4 soluciones
-
SOLUCIONES COLORACION pH
1. Solucin CH3COOH/CH3COONa + NaOH 0.1M
anaranjado 4
2. Solucin CH3COOH/CH3COONa + HCl 0.1
Anaranjado/ rojizo 3
3. Agua destilada + HCl 0.1M rojizo 2
4. Agua destilada + NaOH 0.1M Verde oscuro 12
Imagen 5 y 6. Medidores de pH utilizado en esta escala
Imagen 7. Otra medicin utilizada para medir el pH: pH metro
-
CUESTIONARIO iguadora de una solucin tampn? Es posible predecir
dicha propiedad? Los amortiguadores (tambin llamados disoluciones
amortiguadoras, sistemas tampn o buffers) son aquellas disoluciones
cuya concentracin de protones apenas vara al aadir cidos o bases
fuertes. Si es posible predecir dicha propiedad, pues hay
amortiguadores sencillos que estn formados por mezclas binarias,
como por ejemplo cido actico y acetato sdico y el amonaco y cloruro
amnico solucin tampn? R: Las soluciones buffers son soluciones que
resisten cambios de su pH. Estas soluciones mantienen constante el
pH cuando se adicionan pequeas cantidades de cidos o bases. El
control del pH es importante en numerosas reacciones qumicas, en
los sistemas biolgicos y en muchas otras aplicaciones. El cambio
del pH de la sangre en 0,5 unidades puede resultar fatal, pero la
sangre es una solucin buffer. El agua no es un buffer y la simple
adicin de una gota de HCl 1M a un litro de agua cambia el pH de 7,0
a 4,3. As pues, un buen control del pH es esencial. 3. Adems de los
ejemplos incluidos en esta gua, indique 4 ejemplos de soluciones
tampn, sealando los rangos de pH que los caracterizan y si alguno
es relevante en un proceso biolgico. R:
1) cido carbnico (H2CO3), base conjugada: Bicarbonato (HCO3-)
Rango de pH: 5,4 7,4.
La relacin HCO3-/ H2CO3 es muy alta (20/1), lo que le
proporciona una alta capacidad tampn frente a los cidos.
Es un sistema abierto, con lo que el exceso de CO2 puede ser
eliminado por ventilacin pulmonar de manera rpida.
Adems, el HCO3- puede ser eliminado por los riones mediante un
sistema de intercambio con solutos.
2) Fosfato (PO4-3), base conjugada: Fosfato hidrogenado (HPO4-2)
Rango de pH: 11,6 13,6.
El tampn fosfato es un sistema muy eficaz para amortiguar cidos.
La concentracin de fosfato en la sangre es baja (2 mEq/L) por lo
que tiene escasa capacidad de tamponar si lo comparamos con otros
tampones (ej el bicarbonato). En cambio, a nivel intracelular, las
concentraciones de fosfato son elevadas lo que le convierte en un
tampn eficiente. Las grandes cantidades de fosfato dentro de
-
las clulas corporales y en el hueso hacen que el fosfato sea un
depsito grande y eficaz para amortiguar el pH.
3) Amnico (NH3), cido conjugado: amonio (NH4+)
Rango de pH: 8,2 10,2. 4) Hemoglobina, rango de pH: 7,35 a
7,45.
Es un tampn fisiolgico muy eficiente, debido a la gran
abundancia de esta protena en la sangre. Esta propiedad de la
hemoglobina, de cambiar su valor de pK, demuestra el efecto tampn,
permite el transporte de una determinada cantidad de CO2 liberada
en los tejidos. La hemoglobina oxigenada que llega a los tejidos se
disocia liberando O2, un proceso que est favorecido por el estado
de los tejidos (baja pO2, menor pH y alta pCO2).
diabticos sea frecuente encontrar valores de pH sanguneos
inferiores a 7.4? R: El principal producto cido del metabolismo
celular es el dixido de carbono (CO2), que viene a representar un
98% de la carga cida total. Aunque no se trata de un cido, pues el
CO2 no contiene H+, es un cido potencial ya que su hidratacin
mediante una reaccin reversible catalizada por la Anhidrasa
carbnica (AC), va a general acido carbnico ( H2CO3). Este, es un
cido voltil ya que va a ser eliminado por los pulmones y as va a
disminuir la carga neta de cido. Por otra parte, el metabolismo va
a generar una serie de cidos no voltiles, llamados cidos fijos, que
representan el 1-2% de la carga cida. Estos cidos no pueden ser
eliminados por el pulmn, siendo el rin el principal rgano
responsable de su eliminacin. La insulina se ha relacionado con el
metabolismo de los hidratos de carbono, sin embargo son las
alteraciones en el metabolismo de las grasas las que provocan
trastornos en los pacientes diabticos, ya que la insulina promueve
el metabolismo de los cidos grasos y esta carencia hace que se
formen en los hepatocitos cantidades excesivas de acido acetatico,
deprimiendo su utilizacin en los tejidos perifricos los cuales no
pueden ser metabolizados y forman a su vez acetona y acido
betahidroxibutrico. Este aumento a nivel sanguneo produce una
disminucin en la concentracin del sodio disminuyendo el liquido
extracelular y parte del sodio es sustituido por el aumento de la
cantidad de hidrogeniones , lo que contribuye la acidosis, esto
produce a posterior la respiracin de Kussmaul que provoca espiracin
excesiva de dixido de carbono y una disminucin del bicarbonato,
alterando finalmente el ph sanguneo a niveles de acidosis
metablica.
-
5. Bajo la suposicin que los volmenes son aditivos, determine en
forma terica el pH de las soluciones ensayadas, informando el pH
inicial de cada una: (1) Agua destilada + NaOH 0.1M (2) Agua
destilada + HCl 0.1M (3) Solucin CH3COOH/CH3COONa + NaOH 0.1M (4)
Solucin CH3COOH/CH3COONa + HCl 0.1M R:
(1) Agua destilada + NaOH 0.1M Agua destilada: pH = 7 NaOH 0.1M:
pH = 12 Volumen agua destilada = 25 mL Volumen NaOH = 5 mL Volumen
Total = 30 mL 1000 mL 0,1 moles de NaOH 5 mL x = 0,0005 moles de
NaOH X = (5 * 0,1) / 1000 = 0,0005 moles Se tendr 0,0005 moles de
NaOH en 30 mL de disolucin. Molaridad = moles de soluto / Litros de
Disolucin X = 0,0005 moles de NaOH / 0,03 Litros de Solucin X =
0,017 aproximadamente pOH = - Log 0,017 M pOH = 1,769 = 1,77
aproximadamente pH + pOH = 14 pH = 14 1,77 pH = 12,23
-
(2) Agua destilada + HCl 0.1M Agua destilada: pH = 7 HCl: pH = 1
Volumen agua destilada = 25 mL Volumen HCl = 5 mL Volumen Total =
30 mL 1000 mL 0,1 moles de HCl 5 mL x = 0,0005 moles de HCl X = (5
* 0,1) / 1000 = 0,0005 moles Se tendr 0,0005 moles de HCl en 30 mL
de disolucin. Molaridad = moles de soluto / Litros de Disolucin X =
0,0005 moles de HCl / 0,03 Litros de Solucin X = 0,017
aproximadamente pH = - Log 0,017 M pH = 1,769 = 1,77
aproximadamente (3) Solucin CH3COOH/CH3COONa + NaOH 0.1M
Solucin CH3COOH/CH3COONa: pH = 4,5
NaOH 0.1M: pH = 13
Volumen solucin CH3COOH/CH3COONa = 25 mL Volumen NaOH = 5 mL
Volumen Total = 30 mL [CH3COONa] = 0,144M 0,144 * 0,025 Litros =
0,0036 moles [CH3COOH] = 0,256M 0,256 * 0,025 Litros = 0,0064
moles
-
NaOH + CH3COOH CH3COONa + H20 Inicio: 0,0005 moles 0,0064 moles
0 moles Equilibrio 0 mol 0,0059 moles 0,0036 moles
pH = pka + log [ A ] / [HA] pH = 4,75 + log [CH3COONa] /
[CH3COOH] pH = 4,75 + log [0,0005] / [0,0059] pH = 4,75 1,07 pH =
3,68
(4) Solucin CH3COOH/CH3COONa + HCl 0.1M
Solucin CH3COOH/CH3COONa: pH = 4,5
HCl 0.1M: pH = 1
Volumen solucin CH3COOH/CH3COONa = 25 mL Volumen HCl = 5 mL
Volumen Total = 30 mL [CH3COONa] = 0,144M 0,144 * 0,025 Litros =
0,0036 moles [CH3COOH] = 0,256M 0,256 * 0,025 Litros = 0,0064
moles
CH3C00- + H+ CH3COONa + H20 Inicio: 0,0036 moles 0,0005 moles
0,0059 moles Equilibrio 0,0031 mol 0 moles 0,0064 moles
pH = pka + log [ A ] / [HA] pH = 4,75 + log [CH3COONa] /
[CH3COOH] pH = 4,75 + log [0,0005] / [0,0031] pH = 4,75 0,79 pH =
3, 96
-
REFERENCIAS
UNIVERSIDAD DEL PAS VASCO s/f. Curso de Biomolculas. Disponible
en INTERNET:
http://www.ehu.es/biomoleculas/buffers/buffer.htm [Consultado 8
junio de 2014]
Tez I., Galvn A., Fernndez E.. pH y amortiguadores: tampones
fisiolgicos. Disponible
en INTERNET:
http://ciam.ucol.mx/portal/portafolios/eguzman5/presentaciones/recurso_850.pdf
Hernandez R.. Soluciones reguladoras. Disponible en
INTERNET:
http://www.slideshare.net/migual/buffer-8817988