SEMANA 13 AMORTIGUADORES O BUFFER QUÍMICA 2019

Laboratorio: Soluciones Buffer Semana 13 AMORTIGUADORES O BUFFER Buffer (sistemas amortiguadores, soluciones reguladoras o tampón) Buffer: definición, componentes y función. Buffer sanguíneos. Buffer intracelular. Fórmula de Henderson Hasselbach. Cálculo de pH de buffer ácidos y básicos. Cálculo de pH de buffer ácidos y básicos después de haber agregado un ácido o una base. Acidosis y alcalosis: Definición Clasificación: Respiratoria y Metabólica Importancia médica de la acidosis y alcalosis Aplicación de los conceptos en la salud. Lecturas en libro de texto. La Química en la Salud: “Disoluciones amortiguadoras en la sangre” y otras que se informe. Laboratorio: Soluciones Buffer

Definición Los Buffer son soluciones que pueden mantener su pH casi sin variar cuando se les agregan pequeñas cantidades de ácidos ó bases, evitando cambios bruscos de pH. Pueden actuar como ácidos o como bases al reaccionar y neutralizar pequeñas cantidades que se les agreguen tanto de ácidos como bases. Los buffer pueden ser de dos tipos: Buffer ácido: Se preparan disolviendo en agua un ácido débil y su sal (también llamada base conjugada). Buffer básico: Se prepara disolviendo en agua una base débil y su sal (también llamado ácido conjugado).

Figure 10.7 Adding an acid or a base to water changes the pH drastically, but a buffer resists pH change when small amounts of acid or base are added.

Ejemplos de la forma de representar los Buffer Buffer ácidos = ácido débil/sal ó base conjugada De Acetatos: CH3COOH / CH3COO-Na+ De Carbonatos: H2CO3 / HCO3- De Fosfatos: H2PO4- / HPO4 -2 (el que actúa como ácido es el que presenta más H) Buffer Básicos = base débil/sal ó ácido conjugado De Amoníaco (NH3): NH3 /NH4+Cl- (el que actúa como base es el que presenta menos H) Todos los buffer por ser débiles tienen su Ka o Kb

Como calcular el pH de un Buffer (se despeja [OH-] o [H+] de la Ka o Kb) BUFFER BÁSICO BUFFER ÁCIDO [OH- ] = Kb [base] [ion o sal] [H+] = Ka [ácido] [ion o sal] o ácido conjugado o base conjugada pOH=-log [OH-] pH=-log [H+] pH= 14 - pOH

Ejercicios ¿Cuál es el pH de un buffer preparado con ácido acético (CH3COOH) 0.4 M y acetato de sodio (CH3COONa) 0.35M? Ka= 1.8x10-5 ¿Cuál es el pH de un buffer de amoníaco (NH3) 0.6 M y cloruro de amonio (NH4Cl) 0. 55M? Kb= 1.8x10-5

Como reaccionan (neutralizan) los componentes de un buffer para amortiguar o neutralizar y evitar cambios bruscos de pH al agregarles ácidos y bases. Ejemplos: Buffer de acetatos: CH3COOH(ácido débil)/CH3COO-(base conjugada) Al agregarle base (OH-): CH3COOH + OH- ⇄ CH3COO- + H2O (Aumenta la concentración de CH3COO- y disminuye CH3COOH) Al agregarle ácido (H+): CH3COOH ⇄ CH3COO- + H+ (Aumenta la concentración de CH3COOH y disminuye CH3COO-) Buffer de amonio: NH3(base débil) / NH4+(ácido conjugado) Al agregarle ácido: NH3 + H+ ⇄ NH4+ (Aumenta la concentración de NH4+ y disminuye NH3) Al agregarle base: NH3 + H2O ⇄ NH4+ + OH- (Aumenta la concentración de NH3 y disminuye NH4+ )

Como se calcula el nuevo pH del Buffer después de agregarle ácido o base: Ej: Buffer de acetatos (buffer ácido): CH3COOH(ácido débil)/CH3COO-(base conjugada) Al agregar base: CH3COOH+OH- ⇄ CH3COO- ↑ + H2O Al agregar ácido: CH3COOH↑ ⇄ CH3COO- + H+ Buffer de amonio (buffer básico): NH3(base débil) /NH4+(ácido conjugado) Al agregar ácido: NH3 + H+ ⇄ NH4+ ↑ Al agregar base: NH3↑+ H2O ⇄ NH4+ + OH-

Cálculo del nuevo pH de un BUFFER ÁCIDO después de agregarle: ACIDO agregado BASE agregada [H+] = Ka [ácido] + [ H+] [ion] – [ H+] [H+] = Ka [acido] - [OH-] [ion] + [OH-] pH=-log [H+] pH=-log [H+]

Cálculo del nuevo pH de un BUFFER BÁSICO después de agregarle: ACIDO agregado BASE agregada [OH-] = Kb [base] - [ H+] [ion] + [ H+] [OH-] = Kb [base] + [OH-] [ion] – [OH-] pOH=-log [OH-] pOH=-log [OH-] pH= 14 - pOH pH= 14 - pOH

Ejercicios 1. Calcule el pH de una solución buffer que tiene una concentración de: HCOOH 0.5 M y 0.8 M de HCOO- , y una Ka= 1.8 x10 - 4. a) ¿Cuál es el nuevo pH del buffer anterior después de agregarle una solución de NaOH 0.06 M? b) ¿Cuál será el pH del buffer anterior luego de agregar una solución 0.04 M de HCl?

2. ¿Cuál es el pH de un buffer de amoniaco (NH3) 0 2. ¿Cuál es el pH de un buffer de amoniaco (NH3) 0.2 M y cloruro de amonio (NH4Cl) 0.18 M si la Kb=1.8x10 -5 a) ¿Cuál es el nuevo pH del buffer anterior después de agregar HCl 0.01M? b) ¿Cuál es el pH del buffer si se agrega NaOH 0.02 M?

Importancia del pH en los seres vivos pH fisiológico normal: 7. 35 – 7 El pH de la sangre debe mantenerse entre los valores normales 7.35 – 7.45 para que las enzimas catalicen las reacciones en los procesos metabólicos. Si el pH sube ó baja de estos rangos, puede causar la muerte. Si baja a menos de 7.35 se produce ACIDOSIS Si sube a más de 7.45 se produce ALCALOSIS Para que se mantengan normales estos valores, el cuerpo cuenta con varios sistemas buffer.

Sistemas buffer sanguíneos 1. Buffer de Carbonatos: es el más importante en la sangre y en los fluídos extracelulares: H2CO3 / HCO3- (también se puede escribir HCO3- /H2CO3) (H2CO3 actúa como ácido y HCO3- como base) 2. Buffer de Fosfatos: es el más importante intracelular: H2PO4- / HPO4-2 (también se puede escribir HPO4-2 /H2PO4-) (H2PO4- actúa como ácido y HPO4-2 como base) 3. Proteínas. (Recordar: el componente del buffer que tiene más H actúa como ácido, el de menos H actúa como base)

La alteración del pH fisiológico puede causar: Acidosis Respiratoria: Acidosis: exceso de ácido (H+) en los líquidos del cuerpo, puede ser respiratoria ó metabólica. Acidosis Respiratoria: Aumento de concentración de ión hidrógeno (H+) debido a la retención de CO2 por una hipo ventilación (CO2 pH) Acidosis Metabólica: Acumulación de H+ del metabolismo e incapacidad para su eliminación, ó pérdida de bases (H+  pH)

Alcalosis: exceso de base (álcali) OH- en los líquidos del cuerpo, puede ser respiratoria ó metabólica. Alcalosis Respiratoria: Ocasionado por niveles bajos de CO2 debido a hiperventilación (CO2  pH ) Alcalosis Metabólica: Exceso de bicarbonato HCO3- en la sangre y disminución del ión hidrógeno (H+ pH )

CO2 ↑ pH ↓ H+ ↑ pH ↓ CO2 ↓ pH ↑ H+ ↓ pH ↑ RESPIRATORIA ACIDOSIS METABOLICA H+ ↑ pH ↓ ALCALOSIS CO2 ↓ pH ↑ H+ ↓ pH ↑

pH = pKa + log [ión] [ácido] Otra forma de calcular el pH de un Buffer, con la Ecuación de Henderson - Hasselbach pH = pKa + log [ión] [ácido] pKa = - log Ka pH = 14 - ( pKb + log [ión]) [base] pKb = - log Kb

Ecuación de Henderson - Hasselbach BUFFER ACIDO QUE SE LE AGREGA ACIDO BUFFER ACIDO QUE SE LE AGREGA BASE pH = pKa + log [ion] – [H+] [ácido] + [H+] pH = pKa + log [ion] + [OH-] [ácido] - [OH-]

Ecuación de Henderson - Hasselbach BUFFER BASICO QUE SE LE AGREGA ACIDO BUFFER BASICO QUE SE LE AGREGA BASE pH =14- (pKb + log [ion] + [H+] [base] - [H+] pH = 14-(pKb + log [ion] - [OH-] [base] + [OH-]