Introducción: Comparar el pH práctico obtenido en los tampones preparados, con el pH teórico calculado con la ecuación de Henderson-Hasselbach.

Introducción

Casi todos los procesos biológicos son dependientes del pH, un pequeño cambio en el pH lleva a un gran cambio en la velocidad de un proceso. Esto se cumple no solo para reacciones en donde actúa directamente el ion H+, sino también para aquellas en donde aparentemente no actúa.

Las enzimas, son las que catalizan las reacciones que se llevan a cabo en los seres vivos y muchas otras biomoléculas, contienen en su estructura grupos con pKa característicos. Los grupos amino y carboxilo protonados de los aminoácidos así como los grupos fosfato de los nucleótidos, funcionan como ácidos débiles y por esto su estado iónico depende del pH de la solución que los contiene. Las interacciones iónicas tienen un papel fundamental en la estructura y reconocimiento de las macromoléculas de los seres vivos.

Las células y organismos mantienen un pH específico y constante manteniendo sus biomoléculas en su estado iónico óptimo que por lo general se aproxima a pH 7.0. En los organismos multicelulares el pH de los fluidos extracelulares está también fuertemente regulado. La constancia en el pH se da gracias a los amortiguadores biológicos que son mezclas de ácidos débiles y sus bases conjugadas.

Objetivos

• Conocer el fundamento y manejo del potenciómetro.
• Aprender a preparar soluciones tampón valiéndose de la ecuación de Henderson-Hasselbach.
• Comparar el pH práctico obtenido en los tampones preparados, con el pH teórico calculado con la ecuación de Henderson-Hasselbach.
• Comprobar experimentalmente la eficiencia de una solución tampón para resistir cambios de pH, por la adición de ácidos o bases.

Marco Teórico

Basado en la teoría de ácido-base de Bronsted y Lowry, el ácido débil dona de manera limitada protones y se caracteriza por ligarse con fuerza al protón potencial por lo que su capacidad de disociación es parcial. El poder amortiguador de los buffers se expresa en dos reacciones fundamentales y reversibles que se establecen en el equilibrio

Si tomamos como ejemplo el ácido acético y su base conjugada en el equilibrio se establecerán las siguientes reacciones en medio acuosas.

1. [pic 1] Acido débil
2. [pic 2]  Base conjugada del ácido

Lo que puede resumirse como

[pic 3]

Donde.

[pic 4]

[pic 5]

[pic 6]Concentración de protones que determina el pH

Ecuación de Henderson Hasselbach

Se empleada para el calcular teóricamente el pH del sistema amortiguador.

[pic 7]

La eficiencia de un amortiguador está basada en dos factores

1. La concentración del sistema amortiguador, la misma que corresponde a la suma de las concentraciones del ácido débil y su base conjugada

[pic 8]

1. La relación que exista entre la concentración de la base conjugada y la del ácido no disociado o ácido débil. Si dicha relación es 1 o cercano a ese valor entonces el valor de pH es igual al pka y la capacidad amortiguadora es máxima.

Materiales y Métodos

• Potenciómetro
• Espectrofotómetro
• Calculadora científica (cada alumno)
• Solución de lugol al 0.1%
• Vasos de 100 y 250 ml
• Pipetas 2, 5 y 10 ml
• Buretas de 25 ml
• Fosfato ácido de Potasio 0.1M (K2HPO4 0.1M).
• Fosfato diácido de potasio 0.1M (KH2PO4 0.1M).
• HCl 0.1 N
• NaOH 0.1 N
• Tampón Fosfato de pH 7.2 (ya preparado)
• Indicador fenolftaleína
• Indicador azul de bromofenol
• Solución de azul de metileno 0.1%

1. USO DEL POTENCIÓMETRO

La potenciometría se describe como la medición de un potencial en una celda electroquímica.

Es el único método electroquímico en el que se mide directamente un potencial de equilibrio termodinámico y en el cual esencialmente no fluye corriente neta. El instrumental necesario para las medidas potenciométricas comprende un electrodo de referencia, un electrodo indicador y un dispositivo de medida de potencial.

Electrodos de Referencia        

En muchas aplicaciones es deseable que el potencial de media celda de uno de los electrodos sea conocido, constante y completamente insensible a la composición de la solución en estudio. Un electrodo con estas características, se denomina electrodo de referencia, el cual debe ser fácil de montar, proporcionar potenciales reproducibles y tener un potencial sin cambios con el paso de pequeñas corrientes. Dos electrodos comúnmente utilizados que satisfacen estos requisitos son el Electrodo de Calomel y el Electrodo de Plata-Cloruro de Plata.

El electrodo saturado de calomel (SCE) es el más utilizado por la facilidad de su preparación. Sin embargo, comparado con los otros dos, posee un coeficiente de temperatura algo mayor. Se pueden obtener en el comercio varios tipos de electrodos de calomel que resultan adecuados; en la Figura se muestra un modelo típico.

El cuerpo del electrodo consiste en un tubo de vidrio de 5 a 15 cm de largo y 0,5 a 1 cm de diámetro. Un tubo interior contiene una pasta de mercurio-cloruro de mercurio (I), conectado a la solución saturada de cloruro de potasio del tubo externo, a través de un pequeño orificio.

[pic 9]

El potenciómetro se empleara en la preparación de tampones

1. PREPARACION DE TAMPON FOSFATO

• En vasos de precipitado de 100 ml, a partir de las soluciones de K2HPO4 0.1 M y de KH2PO4 0.1 M, preparar mezclas que contengan diferentes volúmenes de ácido y base conjugada, de acuerdo a las proporciones dadas en el próximo cuadro.
• Determinaremos potenciométricamente el pH de cada preparación y calcular mediante la ecuación de Henderson-Hasselbach, el pH teórico de cada una.
• Compararemos los resultados y calcularemos la diferencia entre el pH teórico y práctico en cada caso discutiremos y concluiremos ( la explicación de los resultados se verá más adelante en el presente informe)

1. CAPACIDAD AMORTIGUADORA DEL TAMPON FOSFATO

• En un vaso de precipitado "A", colocar 10 ml de agua destilada y 2 gotas de azul de bromofenol. En otro vaso "B", colocar 10 ml de tampón fosfato de pH 7.2 y II gotas del mismo indicador.
• Titular A y B con HCl 0.1 N.
• En un vaso de precipitado "C", colocar 10 ml de agua destilada y 2 gotas de fenolftaleína. En otro vaso "D", colocar 10 ml de tampón fosfato de pH 7.2 y II gotas del mismo indicador.
• Titular C y D con NaOH 0.1 N se anotara gastos y sacaremos conclusiones que serán expuestas en el término de este informe.

Resultados y Discusiones

1. PREPARACION DE TAMPON FOSFATO

De los 9 vasos con los que se experimentaron se obtuvieron los siguientes datos de pH teórico mediante cálculos y por otro lado se encuentran los resultados del pH con el uso del potenciómetro. Estos se encuentran recopilados en la siguiente tabla:

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