Disolución amortiguadora

1. Introducción

Una disolución amortiguadora, buffer o tampón es una disolución de un ácido débil y su sal o una base débil y su sal; es decir, ambos componentes deben estar presentes. La  disolución amortiguadora tiene la capacidad de resistir los cambios del pH cuando se agregan pequeñas cantidades de ácido o base.

Las disoluciones amortiguadoras juegan un papel muy importante en los sistemas químicos y biológicos. Cada fluido del cuerpo tiene su propio valor de pH; por ejemplo, el pH de la sangre está alrededor de 7,4 y el del jugo gástrico de 1,5. Un cambio de pH en el plasma sanguíneo de ±0,2 a ±0,4 puede provocar daños considerables en un organismo e incluso la muerte. Es así, que un pH constante asegura que las biomoléculas ácidas y básicas se hallen en el estado iónico correcto para que funcionen adecuadamente.

1. 1.  Justificación

Las soluciones amortiguadoras (también conocidas como "buffers"), son unas de los más importantes tipos de reactivos químicos utilizados en la investigación química, biológica e industrial. Su utilidad se deriva principalmente de su habilidad para resistir cambios en el pH, por lo tanto gracias a esta práctica conoceremos un poco más sobre este y el uso del Principio de Le Chatelier.

Tu propio cuerpo utiliza buffers, como un número masivo de reacciones bioquímicas que involucran enzimas. Las enzimas son compuestos muy complejos que con frecuencia requieren de niveles precisos de pH para así reaccionar apropiadamente, un papel que desempeñan los buffers orgánicos producidos por tu cuerpo. Por esta misma razón, las soluciones amortiguadoras son vitales para un biólogo o un químico que lleva a cabo experimentos en el laboratorio. Un cierto pH puede requerirse para que un proceso que es estudiado ocurra y las soluciones amortiguadoras son la única manera de asegurar dichas condiciones.

Las soluciones amortiguadoras son ampliamente utilizadas en la industria. Los procesos industriales requieren de buffers incluyen la fermentación, procesos de control de teñido y la fabricación de farmacéuticos.

1. 2.  Objetivos

• Preparar disoluciones amortiguadoras y aplicar el principio de Le Chatelier.
• Comprobar la capacidad amortiguadora de cada disolución.

1. 3.  Hipótesis

• Una solución que tiene un ácido y su respectiva base conjugada en equilibrio cumple con el Principio de Le Chatelier.
• El cambio de pH de una disolución que contiene un ácido y su respectiva base conjugada o viceversa, es mínimo cuando se agrega más ácido o base.

1. Marco Teórico

1. Disolución amortiguadora

Los amortiguadores (también llamados disoluciones amortiguadoras, sistemas tampón o buffers) son aquellas disoluciones cuya concentración de protones apenas varía al añadir ácidos o bases fuertes (Figura inferior).

Los amortiguadores más sencillos están formados por mezclas binarias:

• Un ácido débil y una sal del mismo ácido con una base fuerte (por ejemplo, ácido acético y acetato sódico).
• Una base débil y la sal de esta base con un ácido fuerte (por ejemplo, amoníaco y cloruro amónico).

1. Preparación de una disolución amortiguadora

Una disolución amortiguadora o buffer se puede preparar al mezclar cantidades molares semejantes de ácido acético (CH3COOH) y su sal acetato de sodio (CH3COONa) en medio acuoso. Se supone que las concentraciones en equilibrio del ácido y de la base conjugada (que proviene del CH3COONa) son iguales a las concentraciones iniciales.

Por ejemplo; cuando se le añade al ácido acético su base conjugada, se establece las siguientes ecuaciones en medio acuosas.

CH3 - COOH(ac)       ↔   H+(ac)    +   CH3 – COO-(ac)

(Alta concentración)                                  (Muy baja concentración)

CH3 - COONa(ac)     ↔   Na+(ac)    +   CH3 – COO-(ac)

(Disocia totalmente)                                      (Alta concentración)

Se resume que la disolución formada por ácido acético y acetato de sodio es:

CH3 - COOH(ac)       ↔   H+(ac)    +   CH3 – COO-(ac)

Ácido débil                                                   Base conjugada

(Alta concentración)                                   (Alta concentración)

1. Mecanismo de acción de una disolución amortiguadora ante la adición de una base

Si se adiciona una base a una disolución amortiguadora o buffer, por ejemplo, hidróxido de sodio (NaOH), los iones hidróxido de la base reaccionaran con los iones hidrógeno del ácido del buffer formando agua, simultáneamente se formara la base conjugada de la disolución amortiguadora.

[pic 3][pic 4][pic 5]

CH3–COO-  Na+   +  CH3–COOH    →   CH3–COO-  Na+   +  CH3–COOH
       [SAL]                     [ACIDO]                 [SAL]↑                    [ACIDO]↓

                                 Na+   OH-                H2O       +  CH3–COO-  Na+

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