PPT ácido- base

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Soluciones

Reguladoras

Contenido

Concepto y componentes

1

Buffer sanguíneos

2

Cálculo de pH de buffer

3

Aplicación biológica

Importancia



Las soluciones reguladoras son muy

importantes en las reacciones químicas

que se

llevan a cabo en el laboratorio, en los

procesos

industriales

y en

nuestro cuerpo

.



Por ejemplo, la actividad catalítica de las

enzimas en las células, la capacidad portadora

de oxígeno por la sangre y, en general,

las

funciones de los fluidos de los organismos

Definición

Si se agrega

una pequeña

cantidad de ácido o base a la solución reguladora, el pH de la solución

permanece casi constante.

Es una solución

constituida de un

ácido débil y su sal, o una base débil y su sal.

Un buen ejemplo de

Puede haber soluciones

reguladoras básicas que tienen valores

de pH por encima de 7, y soluciones

Las soluciones reguladoras básicas

se

preparan a partir de mezclas de bases

débiles base que se disocia o ioniza en

pequeño grado, es decir que produce

una pequeña cantidad de iones hidroxilo

(OH

) en agua. y sus sales o ácidos

Las soluciones reguladoras ácidas

se

preparan a partir de mezclas de ácidos

débiles es un ácido que se disocia o

ioniza en pequeño grado; es decir que

produce una cantidad muy pequeña de

iones hidrógeno (H

). y sus sales o

Tabla de soluciones reguladoras

Ácido débil Fórmula Base conjugada Fórmula Rango de pH

Ácido acético CH₃COOH acetato CH₃COO- _{3.6 - 5.8} Ácido carbónico H₂CO₃ bicarbonato HCO₃- _{5.4 - 7.4}

Ácido fórmico HCOOH formiato HCOO- _{2.7 - 4.7} Ácido fluorhídrico HF fluoruro F- _{2.2 - 4.2}

Base débil Fórmula ácido conjugado Fórmula Rango de pH

Amoníaco NH₃ amonio NH₄+ _{8.2 - 10.2} Carbonato CO₃-2 _{bicarbonato HCO}

3- 9.3 - 11.3 Fosfato PO₄-3 _fosfato

hidrogenado

Ecuaciones de equilibrio



A continuación se muestran las ecuaciones de

equilibrio entre el ácido o base débil y su

correspondiente ácido o base conjugada para

los ejemplos de la tabla anterior:



_{Ácido acético:}

3 3

ác. acético acetato

Ecuaciones de equilibrio

Ácido carbónico:

Ácido fórmico:

2 3 3

ác. carbóni

co bicarbonato

H CO

_

HCO



H

ác. fórmico formiato

Ecuaciones de equilibrio

Ácido fluorhídrico:

Amoníaco:

ác. fluorhídrico fluoruro

F

HF

_



H

3 2 4

amoníaco

+ H O

N

amo

H

nio

Ecuaciones de equilibrio

Carbonato:

Fosfato:

carbonato bic

2 3

arbonato

2 3

+ H O

HCO

CO

_



OH

3 2

4 2 4

fosfato

+ H O

fosfato ácido

HPO

Solución ácido acético-acetato

 Una solución reguladora que se usa bastante en los laboratorios de química esta constituida por ácido acético (ácido débil) y acetato de sodio (sal o base conjugada).

 Si se agregan cantidades iguales de ácido acético y acetato de sodio, se produce una solución reguladora que tiene un pH de 4.7.

 Tal como se indicó en la introducción, el equilibrio que se produce es el siguiente:

3 3

ác. acético acetato

Problema 1

 Un ejemplo concreto de esta solución reguladora podría contener 0.1 mol/litro de ácido acético y 0.1 mol/litro de acetato de sodio. Para encontrar el pH de esta solución realizamos los siguientes cálculos partiendo del valor teórico de la constante de ionización del ácido acético que es 1.8x10-5:

 3     

5 5 3 ₃ 3 0.1 = 0.1 pH=-log(1.

1.8 10 M 4.

8x10 )= 74

eq eq eq eq

CH COO H _{CH COOH M}

K H K K H K

CH COOH C M



Del ejemplo anterior, se puede generalizar

diciendo que para cualquier solución

reguladora, la concentración de ion hidrógeno o

del ion hidroxilo es igual a:





 

ácido

ion

eq

H

K



 







_{ }



base

ion

eq

OH

K



_{ }

Ecuación de Henderson-Hasselbalch

 También se puede utilizar la ecuación de Henderson-Hasselbach para calcular el pH:

 





 

 

log

log

0.1

log1.8 10

log

Problema 2 (agregar NaOH)



A la solución reguladora de ácido

acético-acetato del problema 1 que tiene un pH de 4.74,

se le puede agregar una cantidad de NaOH que

haría la solución 0.02 M en NaOH si la solución

reguladora no estuviera presente. Calcular el

nuevo pH.



_{En principio, al agregar una solución de base}



La reacción que se lleva a cabo disminuye la

concentración de ácido acético y aumenta la

concentración de acetato de sodio:

- +

3 3 2

NaOH + CH COOH CH COO Na + H O menos 0.02 M más 0.02 M

 En vista de lo anterior, hay que modificar la ecuación ya que se consume la concentración de ácido acético

(indicado con el signo negativo) y aumenta la

concentración de ion acetato (indicado con signo positivo):

















ceba=cantidad equivalente de base agregad

ácido - ion + 0.1 - 1.8 10 0.

a = 0.02M 0.02

1.2 10 0.02

1

H Keq

H x x M

Problema 3 (agregar HCl)

 A la misma solución reguladora del problema 1 se le agrega una cantidad de HCl que haría que la solución fuera 0.02 M.

 En principio, al agregar una solución de ácido fuerte

(HCl), este reacciona con la base que es el acetato

disminuyendo su concentración y aumentando la concentración de ácido:

- +

3 3

HCl + CH COO Na CH COOH + NaCl menos 0.02 M más 0.02 M

















ceaa=cantidad equivalente de ácido agregad

ácido + ion - 0.1 + 1.8 10 0.

a = 0.02M 0.02 2.7 10 0.02 log(2.7 10 1 ) 4.57 H Keq

H x M

p

x

H x M

Comparación de pH

Solución Reguladora

Solución Reguladora Agregando baseAgregando base Agregando ácidoAgregando ácido

Buffer alcalino (problema 1)

 Cuál es el pH de un buffer de amoníaco 0.2 M y cloruro de amonio 0.18 M si la K_b=1.8x10-5

3 2 4

amoníaco

+ H O

N

amo

H

nio

NH _  OH





1.8 10 eq NH OH K x NH             













3 5 5

4

NH 0.2

=1.8 10 =2x10 M 0.18

NH

4.70 9.3

Buffer alcalino (problema 2: + ácido)

 ¿Cuál es el nuevo pH del buffer anterior después de agregar HCl 0.01M?

3 4

amoníaco amonio

disminuye + H aumenta NH

NH  _ 





1.8 10 eq NH OH K x NH             













3 5 5

4

NH 0.2

=1.8 10 =1.8x10 M 0.18 0.01 NH 4. 9.2 . 74 6 0 01 M ceaa c

OH Keq x

Buffer alcalino (problema 3: + base)

 ¿Cuál es el nuevo pH del buffer anterior después de agregar NaOH 0.01M?

4 3

amonio amonia

disminu

NH +

co OH

ye aumenta

NH OH

  _ 







1.8 10 eq NH OH K x NH             













3 5 5

4

NH 0.2

=1.8 10 =1.22x10 M 0.18

NH

4.65 9.35

0.01 0.01

M

ceba c

OH Keq x

Sistemas reguladores en la sangre

 sangre es el fluido que transporta los gases de la

respiración, los nutrientes y los productos de desecho entre los diversos órganos y tejidos.

 Existen sistemas reguladores en la sangre que ayudan a mantener el pH a 7.35:

 El sistema regulador de fosfato dihidrogenado/fosfato

hidrogenado

 El sistema regulador del ácido carbónico/bicarbonato

Fosfato dihidrogenado-fosfato hidrogenado

 Está constituido por dos aniones poliatómicos en la

sangre, éstos son el fosfato dihidrogenado, H₂PO₄-, y el

fosfato hidrogenado, HPO₄-2.

 El fosfato dihidrogenado, es un ácido débil y el fosfato

hidrogenado es su base conjugada; por lo tanto, se establece el siguiente equilibrio:

fosfato dihidrogenado fosfato hidr

2

2 4 4

ogenado

 Cuando se agrega un ácido este equilibrio se desplaza hacia la izquierda, lo cual produce más H₂PO₄-.

 Cuando se agrega una base este equilibrio se desplaza hacia la derecha, lo cual produce más HPO₄-2.

fosfato hidrogenado

2

fosfato dih

4

idrogenad

2 4

o

H



HPO

_

H PO

fosfato dihidrogenado

2

2 4 4

fosfato hidroge a o

2

n d

ácido carbónico-bicarbonato

 El sistema regulador de ácido carbónico-bicarbonato, tiene la máxima capacidad de controlar el pH de la sangre porque está vinculado a los pulmones y a los riñones.

 El equilibrio que se establece en la sangre es:

ácido carbónico bicarb

2

onat

3

o

3

 Como en el sistema regulador de fosfato dihidrogenado-fosfato hidrogenado, si se agrega ácido, el equilibrio se desplaza hacia la izquierda:

 Al agregar una base, el equilibrio se desplaza hacia la derecha:

bicarbonato

3

ácido carb

2

ó o

3

nic

H



HCO

_

H CO

2 3

Sistema regulador de proteínas



Las proteínas constituyen un tercer tipo de

sistema regulador de la sangre. Estas

moléculas complejas contienen grupos

carboxilato, -COO

, que reaccionan como

bases

, es decir, receptoras de protones.

Las

proteínas contienen también iones amonio,

NH

, que donan protones

para neutralizar el

Acidosis y alcalosis

 Si el pH llega a bajar, lo cual significa que se incrementó la acidez de la sangre, a esta condición se le llama

acidosis. La acidosis es característica de diabetes y enfisemas intratables.

 Si se incrementa el pH de la sangre, lo cual significa que la sangre tiende a ser más alcalina, esta condición

recibe el nombre de alcalosis.