Soluciones Reguladoras Lic. Raúl Hernández M.

Contenido 1 Concepto y componentes 2 Buffer sanguíneos 3 www.guatequimica.com Contenido 1 Concepto y componentes 2 Buffer sanguíneos 3 Cálculo de pH de buffer 4 Aplicación biológica

Nombres Usados www.guatequimica.com Soluciones Amortiguadoras Soluciones Reguladoras Soluciones Buffer Soluciones Tampón

www.guatequimica.com 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 animales y vegetales dependen del pH, el cual es regulado por uno o varios de estos sistemas.

Definición Solución Reguladora www.guatequimica.com Definición Solución Reguladora Es una solución constituida de un ácido débil y su sal, o una base débil y su sal. Si se agrega una pequeña cantidad de ácido o base a la solución reguladora, el pH de la solución permanece casi constante.

www.guatequimica.com Un buen ejemplo de una solución reguladora es la sangre que tiene un pH de 7.35. La adición de "pequeñas" cantidades de ácido o base a la sangre, hará que ésta cambie su valor de pH relativamente poco en el orden de unas pocas centésimas.

Puede haber soluciones www.guatequimica.com Puede haber soluciones reguladoras básicas que tienen valores de pH por encima de 7, y soluciones reguladoras ácidas con valores de pH menores de 7.

www.guatequimica.com 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 conjugados.

www.guatequimica.com 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 bases conjugadas.

Tabla de soluciones reguladoras www.guatequimica.com Tabla de soluciones reguladoras Ácido débil Fórmula Base conjugada 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 ácido conjugado Amoníaco NH3 amonio NH4+ 8.2 - 10.2 Carbonato CO3-2 9.3 - 11.3 Fosfato PO4-3 fosfato hidrogenado HPO4-2 11.6 - 13.6

Ecuaciones de equilibrio www.guatequimica.com 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:

Ecuaciones de equilibrio www.guatequimica.com Ecuaciones de equilibrio Ácido carbónico: Ácido fórmico:

Ecuaciones de equilibrio www.guatequimica.com Ecuaciones de equilibrio Ácido fluorhídrico: Amoníaco:

Ecuaciones de equilibrio www.guatequimica.com Ecuaciones de equilibrio Carbonato: Fosfato:

Solución ácido acético-acetato www.guatequimica.com 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). Esta solución reguladora se considera ácida.

www.guatequimica.com 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:

www.guatequimica.com 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:

www.guatequimica.com Del ejemplo anterior, se puede generalizar diciendo que para cualquier solución reguladora, la concentración de ion hidrógeno o del ion hidroxilo es igual a:

Ecuación de Henderson-Hasselbalch www.guatequimica.com Ecuación de Henderson-Hasselbalch También se puede utilizar la ecuación de Henderson-Hasselbach para calcular el pH:

Calculadora para ecuación de Henderson-Hasselbach www.guatequimica.com Calculadora para ecuación de Henderson-Hasselbach

Problema 2 (agregar NaOH) www.guatequimica.com 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 fuerte (NaOH), esta reacciona con el ácido acético que constituye la solución reguladora.

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www.guatequimica.com La reacción que se lleva a cabo disminuye la concentración de ácido acético y aumenta la concentración de acetato de sodio:

www.guatequimica.com 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):

Problema 3 (agregar HCl) www.guatequimica.com 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:

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Comparación de pH 4.74 4.92 4.57 Solución Reguladora Agregando base www.guatequimica.com Comparación de pH Solución Reguladora Agregando base Agregando ácido 4.74 4.92 4.57

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Buffer alcalino (problema 1) www.guatequimica.com 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 Kb=1.8x10-5

Buffer alcalino (problema 2: + ácido) www.guatequimica.com Buffer alcalino (problema 2: + ácido) ¿Cuál es el nuevo pH del buffer anterior después de agregar HCl 0.01M?

Buffer alcalino (problema 3: + base) www.guatequimica.com Buffer alcalino (problema 3: + base) ¿Cuál es el nuevo pH del buffer anterior después de agregar NaOH 0.01M?

Sistemas reguladores en la sangre www.guatequimica.com 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 El sistema regulador de proteínas

Fosfato dihidrogenado-fosfato hidrogenado www.guatequimica.com 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:

www.guatequimica.com 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.

ácido carbónico-bicarbonato www.guatequimica.com 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:

Al agregar una base, el equilibrio se desplaza hacia la derecha: www.guatequimica.com 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:

Sistema regulador de proteínas www.guatequimica.com 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, NH4+, que donan protones para neutralizar el exceso de base.

www.guatequimica.com 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. Una dosis excesiva de bicarbonato, una exposición a altas altitudes baja la presión parcial del oxígeno, o una histeria prolongada puede causar alcalosis.

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