Química para Estudiantes de Nutrición - Unidad 8: Valoracion Ácido Base y Sistema Buffer

Cálculos de valoración ácido-base de soluciones

Una volumetría ácido - base es un método volumétrico basado en una reacción de neutralización entre un ácido y una base para dar una sal más agua. La reacción química involucrada entre el agente valorante y el analito puede esquematizarse como sigue:

HA+ BOH --> AB + H2O

En este método, se mide (con una bureta) el volumen de agente valorante (una ácido o una base) necesario para reaccionar estequiométricamente con el analito (una base o ácido) presente en la alícuota de muestra utilizada para el análisis. 

El volumen gastado de agente valorante contendrá el mismo número de equivalentes o miliequivalentes de analito que se encuentran en la alícuota analizada (la alícuota debe ser medida con exactitud, si se trata de un volumen será con pipeta aforada).

Como ya se ha enunciado en la sección de Introducción a las Técnicas Volumétricas, la reacción de neutralización debe ser:

1. Única: No deben existir reacciones secundarias entre el valorante y otros componentes presentes en la muestra distintos del analito.

2. Completa: Para lo cual se requiere una elevada constante de equilibrio de la reacción involucrada. Para que esto se cumpla, uno de los reactivos o el agente valorante o el analito deben ser un ácido o una base fuerte.

3. Rápida: Esto se debe a que reacciones muy lentas provocan un incremento exagerado del tiempo de análisis.

4. Contar con un método adecuado para detectar el punto de equivalencia

Determinación del valor de pH y pOH de las soluciones

pH y pOH son escalas algorítmicas que se utilizan para medir el carácter ácido y básico de una muestra. 

Están compuestos de valores entre 0 y 14, en donde 7 es el valor de pH y pOH de una solución neutra. 

Con el valor de pH, es posible encontrar el correspondiente en la escala de pOH, simplemente restándolo.

En solución acuosa, un ácido se define como cualquier especie que aumenta la concentración de H+ (ac)  mientras que una base aumenta la concentración de OH -. Las concentraciones típicas de estos iones en solución pueden ser muy pequeñas y también abarcan un intervalo amplio.

Relación entre [H+] y pH

El $\text{pH}$start text, p, H, end text para una solución acuosa se calcula a partir de $[\text{H}^+]$open bracket, start text, H, end text, start superscript, plus, end superscript, close bracket utilizando la siguiente ecuación:

$\text{pH}=-\log[\text{H}^+]\quad\quad\quad\quad\;\;\;\text{(Ec. 1a)}$start text, p, H, end text, equals, minus, log, open bracket, start text, H, end text, start superscript, plus, end superscript, close bracket, start text, left parenthesis, E, c, point, space, 1, a, right parenthesis, end text

La $\text{p}$start text, p, end text minúscula representa $``-\text{log}_{10}"$`, `, minus, start text, l, o, g, end text, start subscript, 10, end subscript, ". A menudo se deja fuera la parte de la base $10$10 para abreviar.

Por ejemplo, si tenemos una solución con 

$[\text{H}^+]=1 \times 10 ^{-5}\text{ M}$open bracket, start text, H, end text, start superscript, plus, end superscript, close bracket, equals, 1, times, 10, start superscript, minus, 5, end superscript, start text, space, M, end text, entonces podemos calcular $\text{pH}$start text, p, H, end text mediante la Ec 1a:

$\text{pH}=-\log(1 \times 10^{-5})=5.0$start text, p, H, end text, equals, minus, log, left parenthesis, 1, times, 10, start superscript, minus, 5, end superscript, right parenthesis, equals, 5, point, 0

Dado el $\text{pH}$start text, p, H, end text de una solución, también podemos obtener $[\text{H}^+]$open bracket, start text, H, end text, start superscript, plus, end superscript, close bracket:

$[\text H^+]=10^{-\text{pH}}\quad\quad\quad\quad\quad\;\;\;\text{(Ec. 1b)}$

Relación entre [OH-] y pOH

De la misma manera, el $\text{pOH}$start text, p, O, H, end text para una solución acuosa se define a partir de $[\text{OH}^-]$open bracket, start text, O, H, end text, start superscript, minus, end superscript, close bracket:

$\text{pOH}=-\log[\text{OH}^-]~\quad\quad\quad\;\;\text{(Ec. 2a)}$start text, p, O, H, end text, equals, minus, log, open bracket, start text, O, H, end text, start superscript, minus, end superscript, close bracket, space, start text, left parenthesis, E, c, point, space, 2, a, right parenthesis, end text

Por ejemplo, si tenemos una solución con $[\text{OH}^-]=1 \times 10^{-12}\text{ M}$open bracket, start text, O, H, end text, start superscript, minus, end superscript, close bracket, equals, 1, times, 10, start superscript, minus, 12, end superscript, start text, space, M, end text, entonces podemos calcular $\text{pOH}$start text, p, O, H, end text mediante la Ec. 2a:

$\text{pOH}=-\log(1 \times 10^{-12})=12.0$start text, p, O, H, end text, equals, minus, log, left parenthesis, 1, times, 10, start superscript, minus, 12, end superscript, right parenthesis, equals, 12, point, 0

Dado el $\text{pOH}$start text, p, O, H, end text de una solución, también podemos obtener $[\text{OH}^-]$open bracket, start text, O, H, end text, start superscript, minus, end superscript, close bracket:

$10^{-\text{pOH}}=[\text {OH}^-]\quad\quad\quad\quad\quad\;\;\;\text{(Ec. 2b)}$

Relación entre pH y pOH

De acuerdo con las concentraciones de equilibrio de $\text{H}^+$start text, H, end text, start superscript, plus, end superscript y de $\text{OH}^-$start text, O, H, end text, start superscript, minus, end superscript en agua, la siguiente relación es verdadera para cualquier solución acuosa a $25\,^\circ\text{C}$25, degrees, start text, C, end text:

$\text{pH}+\text{pOH}=14~~\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\quad\text{(Ec. 3)}$start text, p, H, end text, plus, start text, p, O, H, end text, equals, 14, space, space, start text, left parenthesis, E, c, point, space, 3, right parenthesis, end text

Esta relación puede utilizarse para convertir entre $\text{pH}$start text, p, H, end text y $\text{pOH}$start text, p, O, H, end text. En combinación con las Ec. 1a/b y Ec. 2a/b, siempre podemos relacionar $\text{pOH}$start text, p, O, H, end text y/o $\text{pH}$start text, p, H, end text con $[\text{OH}^-]$open bracket, start text, O, H, end text, start superscript, minus, end superscript, close bracket y $[\text{H}^+]$open bracket, start text, H, end text, start superscript, plus, end superscript, close bracket.

}

Fuente: Gravimetría

MAS EJEMPLOS VISUALES

Capacidad buffer [Eficacia Amoritiguadora] de las soluciones

Podemos definir la capacidad amortiguadora de un tampón como la cantidad de ácido o base fuerte que puede neutralizar sufriendo un desplazamiento de pH de una unidad (Figura de la derecha). Resulta evidente que la eficacia amortiguadora está vinculada a dos factores:

• la concentración absoluta del sistema
• la proporción relativa de las formas disociada y sin disociar

Fuente: EHU

Un sistema de acético y acetato concentrados (1M en cada componente, por ejemplo) tendrá el mismo pH que el mismo sistema a concentración 0,01M (100 veces más diluído). Sin embargo, la capacidad amortiguadora será mayor en el sistema más concentrado. 

En efecto, si añadimos 0,1 moles de HCl al sistema 1M (cuyo pH es 4,76), se transforman 0,1 moles de NaAc en HAc, y su pH baja a 4,67. En cambio, en el sistema 0,01M, la adición de HCl lo desborda por agotamiento del NaAc y queda HCl libre, lo que provocará un fuerte descenso del pH.

La capacidad amortiguadora es máxima cuando el cociente sal/ácido es próximo a la unidad.

Fuente: EHU

Principales sistemas buffer que se encuentran en el organismo

Los tampones fisiológicos son la primera línea de defensa frente a los cambios de pH de los líquidos corporales, entre los que destacan: el tampón fosfato, el tampón bicarbonato y el tampón hemoglobina. 

Fuente: Hasan, A

Cualquier desviación tiene efectos muy negativos en la estabilidad de las membranas celulares,

las estructuras de las proteínas ye n las actividades de las enzimas.

Se puede producir la muerte si el pH de la sangre desciende por debajo de 6.8 o se eleva por arriba de 7.8. Cuando pH < 7.35, se le conoce como acidosis. Cuando pH >7.45 se le conoce como alcalosis.