Soluciones Amortiguadoras

Soluciones amortiguadoras

Un tampón, buffer, solución amortiguadora o solución reguladora es la mezcla en concentraciones relativamente elevadas de un ácido débil y su base conjugada, es decir, sales hidrolíticamente activas. Tienen la propiedad de mantener estable el pH de una disolución frente a la adición de cantidades relativamente pequeñas de ácidos o bases fuertes. Este hecho es de vital importancia, ya que meramente con un leve cambio en la concentración de hidrogeniones en la célula se puede producir un paro en la actividad de las enzimas.

Se puede entender esta propiedad como consecuencia del efecto ion común y las diferentes constantes de acidez o basicidad: una pequeña cantidad de ácido o base desplaza levemente el equilibrio ácido-base débil, lo cual tiene una consecuencia menor sobre el pH.

Cada sistema buffer tiene su propio rango efectivo de pH, el cual dependerá de la constante de equilibrio del ácido o base empleado. Son importantes en el laboratorio y en la industria, y también en la química de la vida. Tampones típicos son el par amoníaco-catión amonio, ácido acético-anión acetato, anión carbonato-anión bicarbonato, ácido cítrico-anión citrato o alguno de los pares en la disociación del ácido fosfórico.

¿Cómo se utilizan las soluciones amortiguadoras?

Su utilidad se deriva principalmente de su habilidad para resistir cambios en el pH. Podemos decir que el pH es el grado de acidez de una solución. La acidez puede ser definida como la concentración de iones hidrógeno (H+) en una solución. Qué tan ácida es una solución afecta a la reacción que toma lugar, y qué tan rápido. La habilidad para controlar el pH es crucial para lograr completar exitosamente un gran número de reacciones químicas, y por ende las soluciones amortiguadoras tienen un vasto número de aplicaciones. Pero primero, es importante comprender cómo funciona una solución amortiguadora.

Las soluciones amortiguadoras por lo regular son una combinación de un ácido y su base conjugada. Como aprendimos arriba, la acidez puede definirse como la concentración de iones H+ en una solución. Por tanto, los ácidos son compuestos que liberan iones H+ en una solución.

Si los ácidos incrementan la concentración de H+, lo que sigue es que los opuestos, las bases, reducen la concentración de H+. Cuando un ácido pierde un H+, esto incrementa una base conjugada. Esto es mejor ilustrado con un ejemplo, como el CH3COOH (ácido acético). Cuando el CH3COOH actúa como un ácido, se disocia en H+ y CH3COO- (acetato). CH3COO- es una base que puede aceptar H+ para crear el ácido acético. Este es entonces la base conjugada del ácido acético, o la base que se produce cuando el ácido acético libera un ion H+. Este concepto pareciera al inicio complicado, pero debes confiar en que no es tan difícil escoger bases conjugadas en reacciones reales. Esencialmente es saber qué es lo que queda del ácido después de que un ion H+ es liberado.

Como funciona un buffer

En lo que podemos denominar “química del acuario” buffer es una o varias sustancias químicas que afectan la concentración de iones de hidrogeno (o hidrogeniones) en el agua. Siendo que pH no significa otra cosa que potencial de hidrogeniones (o peso de hidrógenos) 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 estabilizara de inmediato.

¿Qué es el pH?

El pH es una medida de acidez o alcalinidad de una disolución. El pH indica la concentración de iones hidronio [H3O]+ presentes en determinadas disoluciones.

La sigla significa ‘potencial hidrógeno’, ‘potencial de hidrógeno’ o ‘potencial de hidrogeniones’. Este término fue acuñado por el químico danés S. P. L. Sørensen (1868-1939), quien lo definió en 1909 como el opuesto del logaritmo en base 10 (o el logaritmo del inverso) de la actividad de los iones hidrógeno. Esto es:

Desde entonces, el término "pH" se ha utilizado universalmente por lo práctico que resulta para evitar el manejo de cifras largas y complejas. En disoluciones diluidas, en lugar de utilizar la actividad del ion hidrógeno, se le puede aproximar empleando la concentración molar del ion hidrógeno.

En disolución acuosa, la escala de pH varía, típicamente, de 0 a 14. Son ácidas las disoluciones con pH menores que 7 (el valor del exponente de la concentración es mayor, porque hay más iones en la disolución) y alcalinas las de pH superiores a 7. Si el disolvente es agua, el pH = 7 indica neutralidad de la disolución.

En productos de aseo y limpieza se suele usar la expresión "pH neutro". En este caso la neutralidad hace referencia a un nivel de pH 5,5. Debido a las características de la piel humana, cuyo pH es 5,5, se indica neutralidad de pH en este tipo de productos que están destinados a entrar en contacto con la piel para destacar su no agresividad. Si se aplicaran productos de pH 7 a la piel se produciría una variación del pH cutáneo con posibles consecuencias negativas.

Mecanismo de actuación de las soluciones amortiguadoras

Para poder entender con claridad el mecanismo que utiliza el organismo para evitar cambios significativos de pH, pondremos un ejemplo de actuación del tampón de más importancia en el organismo, el equilibrio de ácido carbónico (H2CO3) y bicarbonato (HCO3-), presente en el líquido intracelular y en la sangre.

Como producto del metabolismo se produce CO2 que al reaccionar con las moléculas de agua produce ácido carbónico, un compuesto inestable que se disocia parcialmente y pasa a ser bicarbonato según el siguiente equilibrio:

CO2 + H2O H2CO3 HCO3- + H+

Entonces, el bicarbonato resultante se combina con los cationes libres presentes en la célula, como el sodio, formando así bicarbonato sódico (NaHCO3), que actuará como tampón ácido. Supongamos que entra en la célula un ácido fuerte, por ejemplo, ácido clorhídrico (HCl):

HCl + NaHCO3 → NaCl + CO2 + H2O

Como se puede ver en la anterior reacción el efecto ácido clorhídrico queda neutralizado por el bicarbonato de sodio y resultan como productos sustancias que no provocan cambios en el pH celular y lo mantienen en su valor normal, que es 7,4.

Calculo de pH de disoluciones tampón

Frecuentemente se utiliza la ecuación de Henderson-Hasselbalch para el cálculo del pH en soluciones reguladoras. Sin embargo, debe aclararse que esta ecuación no es aplicable en

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