BUFFERSBUFFERS

BUFFERSBUFFERS

Si el pH de una solución permanece constante al Si el pH de una solución permanece constante al agregarle cantidades pequeñas de ácidos o bases agregarle cantidades pequeñas de ácidos o bases fuertes, se dice que la solución está fuertes, se dice que la solución está amortiguada.amortiguada.

La capacidad de una solución para resistir los La capacidad de una solución para resistir los cambios en pH se conoce como cambios en pH se conoce como capacidad capacidad amortiguadora.amortiguadora.

Los Los buffersbuffers o o soluciones amortiguadorassoluciones amortiguadoras son son sustancias o mezclas de sustancias que tienen la sustancias o mezclas de sustancias que tienen la particularidad de que al ser agregadas al agua particularidad de que al ser agregadas al agua generan un sistema que ante la adición de ácidos o de generan un sistema que ante la adición de ácidos o de álcalis, el pH se modifica muy poco.álcalis, el pH se modifica muy poco.

Los buffers son mezclas en agua de ácidos y sus Los buffers son mezclas en agua de ácidos y sus sales o bases y sus sales.sales o bases y sus sales.

BUFFERSBUFFERS

BUFFERSBUFFERS

El amortiguamiento más efectivo en una curva El amortiguamiento más efectivo en una curva de titulación ocurre cuando la concentración de de titulación ocurre cuando la concentración de un ácido débil y su base conjugada son iguales un ácido débil y su base conjugada son iguales (pH = pKa).(pH = pKa).

Los límites de amortiguamiento efectivo en una Los límites de amortiguamiento efectivo en una mezcla de ácido débil y su base conjugada es mezcla de ácido débil y su base conjugada es una unidad menor o mayor que el pKa.una unidad menor o mayor que el pKa.

BUFFERSBUFFERS

BUFFERSBUFFERS

BUFFERSBUFFERS

Un ejemplo de la capacidad amortiguadora es el Un ejemplo de la capacidad amortiguadora es el plasma sanguíneo de los mamíferos (pH=7.4, plasma sanguíneo de los mamíferos (pH=7.4, constante).constante).

1 mL HCl 10 M + 1000 mL sol´n salina pH 7.0 a 2.01 mL HCl 10 M + 1000 mL sol´n salina pH 7.0 a 2.0

1 mL HCl 10 M + 1000 mL plasma sanguíneo pH 7.4 a 7.21 mL HCl 10 M + 1000 mL plasma sanguíneo pH 7.4 a 7.2

BUFFERSBUFFERS

El pH de la sangre es regulado por el COEl pH de la sangre es regulado por el CO22, sistema , sistema amortiguador de ácido carbónico-bicarbonato (pH = amortiguador de ácido carbónico-bicarbonato (pH = 7.4).7.4).La capacidad amortiguadora de la sangre depende del La capacidad amortiguadora de la sangre depende del equilibrio entre:equilibrio entre:

El bióxido de carbono gaseoso (COEl bióxido de carbono gaseoso (CO22) que se encuentra ) que se encuentra en los espacios con aire en los pulmones.en los espacios con aire en los pulmones.

El COEl CO22 acuoso producido por la respiración de los acuoso producido por la respiración de los tejidos y disuelto en la sangre.tejidos y disuelto en la sangre.

El ácido carbónico (HEl ácido carbónico (H22COCO33).).

El anión bicarbonato (HCOEl anión bicarbonato (HCO33--).).

BUFFERSBUFFERS

pKa = 6.4

BUFFERSBUFFERS

El equilibrio de la izquierda es una reacción ácido-base.

El ácido carbónico es el ácido y el agua es la base. La base conjugada del ácido carbónico es el ion bicarbonato.

El ácido carbónico también se disocia rápidamente para producir agua y dióxido de carbono, como se muestra en el equilibrio de la derecha. Este proceso no es una reacción ácido-base pero es importante para la capacidad amortiguadora de la sangre.

BUFFERSBUFFERS

•Dentro de las células, tanto las proteínas como el Dentro de las células, tanto las proteínas como el fosfato inorgánico contribuyen al amortiguamiento fosfato inorgánico contribuyen al amortiguamiento intracelular.intracelular.

•La hemoglobina es el amortiguador más enérgico de La hemoglobina es el amortiguador más enérgico de la sangre, aparte del bióxido de carbono-ácido la sangre, aparte del bióxido de carbono-ácido carbónico-bicarbonato.carbónico-bicarbonato.

¿Cómo preparar ¿Cómo preparar BUFFERS?BUFFERS?

Existen dos métodos principales para preparar Existen dos métodos principales para preparar buffers:buffers:

1)1)Ambos componentes del conjugado ácido-base se Ambos componentes del conjugado ácido-base se pesan por separado para obtener la relación pesan por separado para obtener la relación deseada y se disuelven en agua. deseada y se disuelven en agua.

2)2)Ambos componentes se obtienen de una cantidad Ambos componentes se obtienen de una cantidad determinada de solo un componente, y el segundo determinada de solo un componente, y el segundo se produce por una cantidad específica de ácido o se produce por una cantidad específica de ácido o base fuerte para obtener la relación deseada.base fuerte para obtener la relación deseada.

Componentes pesados por separadoComponentes pesados por separadoEjemplo: preparar 1 L de un buffer potasio fosfato 0.5 M a pH Ejemplo: preparar 1 L de un buffer potasio fosfato 0.5 M a pH 7.5, con H7.5, con H33POPO44, KH, KH22POPO44, K, K22HPOHPO44, y K, y K33POPO44 sólidos. sólidos.

1) Determinar los componentes del buffer e identificar el 1) Determinar los componentes del buffer e identificar el conjugado ácido-base. En este caso, el pH deseado (7.5) se conjugado ácido-base. En este caso, el pH deseado (7.5) se acerca al pKa de la segunda ionización:acerca al pKa de la segunda ionización:HH22POPO44

-- <- -> H <- -> H++ + HPO + HPO442-2- pKa'= 7.21 pKa'= 7.21

2) Calcular la relación deseada ácido base con la ecuación de 2) Calcular la relación deseada ácido base con la ecuación de Henderson-Hasselbalch:Henderson-Hasselbalch:

pH = pKa + log [ApH = pKa + log [A--]/[HA]]/[HA]pH - pKa' = log ([HPOpH - pKa' = log ([HPO44

2-2-]/[ H]/[ H22POPO44--])])

[HPO[HPO442-2-]/[ H]/[ H22POPO44

--]] = 10= 10pH-pKapH-pKa

[HPO[HPO442-2-]/[ H]/[ H22POPO44

--] = 10] = 107.5-7.217.5-7.21 = 10 = 100.290.29 = 1.95 = 1.95

[HPO[HPO442-2-] = 1.95[H] = 1.95[H22POPO44

--]]

3) Se pesan las cantidades deseadas de sales de 3) Se pesan las cantidades deseadas de sales de potasio (KHpotasio (KH22POPO44 and K and K22HPOHPO44), que después de ), que después de disolverse se ionizarán completamente. disolverse se ionizarán completamente.

4) Calcular la cantidad requerida de cada material. 4) Calcular la cantidad requerida de cada material.

Sabiendo que requerimos un litro y con 0.169 moles de Sabiendo que requerimos un litro y con 0.169 moles de KHKH22PO4 y 0.331 moles of KPO4 y 0.331 moles of K22HPOHPO44, se obtienen las , se obtienen las masasmasas

KHKH22POPO44 : (0.169 mol)(136.1 g/mol) = 23.0 g KH : (0.169 mol)(136.1 g/mol) = 23.0 g KH22POPO44

KK22HPOHPO44 : (0.331 mol)(174.2 g/mol) = 57.7 g K : (0.331 mol)(174.2 g/mol) = 57.7 g K22HPOHPO44

5) Preparar el buffer aforando a 1 L.5) Preparar el buffer aforando a 1 L.

Componentes pesados por separadoComponentes pesados por separado

Ambos componentes de misma fuenteAmbos componentes de misma fuentePreparar 1 L de 0.1 M Tris buffer a pH 8.3, asumiendo la Preparar 1 L de 0.1 M Tris buffer a pH 8.3, asumiendo la disponibilidad de base sólida Tris base *, 1 M HCl, y 1 M disponibilidad de base sólida Tris base *, 1 M HCl, y 1 M NaOH.NaOH.

•Tris = tris(hidroximetil)aminometano (HOCHTris = tris(hidroximetil)aminometano (HOCH22))33C-NHC-NH22; P.M. = 121 ; P.M. = 121 g/molg/molLa forma cristalina es la amina libre (forma básica).La forma cristalina es la amina libre (forma básica).

1) El equilibrio es:1) El equilibrio es:(HOCH(HOCH22))33C-NHC-NH22 + H + H++ < – > (HOCH < – > (HOCH22))33C-NHC-NH33

++ pKa'= 8.3 pKa'= 8.3

2) Calcular la relación deseada del conjugado ácido-base 2) Calcular la relación deseada del conjugado ácido-base usando la ecuación de Henderson-Hasselbalch:usando la ecuación de Henderson-Hasselbalch:

pH - pKa' = log ([Tris]/[TrispH - pKa' = log ([Tris]/[Tris++])])[Tris]/[Tris+] = 10[Tris]/[Tris+] = 10pH-pKapH-pKa

[Tris]/[Tris+] = 10[Tris]/[Tris+] = 108.3-8.38.3-8.3 = 10 = 1000 = 1 = 1

0.05 M (HOCH2)3C-NH20.05 M (HOCH2)3C-NH20.05 M (HOCH2)3C-NH3+0.05 M (HOCH2)3C-NH3+

3) Ambos componentes se originan del Tris cristalino. Se 3) Ambos componentes se originan del Tris cristalino. Se necesitan 0.1 moles de Tris para 1 L de buffer Tris 0.1 necesitan 0.1 moles de Tris para 1 L de buffer Tris 0.1 M. M. El problema radica en determinar qué tanto ácido fuerte El problema radica en determinar qué tanto ácido fuerte se requiere para originar la relación deseada.se requiere para originar la relación deseada.

En este caso, se quiere una mezcla 50%:50% de Tris y En este caso, se quiere una mezcla 50%:50% de Tris y TrisTris++. Se necesitará suficiente ácido para convertir 0.05 . Se necesitará suficiente ácido para convertir 0.05 moles de Tris a Trismoles de Tris a Tris++. Esto se logra agregando 0.05 . Esto se logra agregando 0.05 moles de Hmoles de H++ (requiero 50 mL del HCl 1M). (requiero 50 mL del HCl 1M).

4) Preparar el buffer. Pesar 0.1 moles de Tris (12.1 g) y 4) Preparar el buffer. Pesar 0.1 moles de Tris (12.1 g) y disolver en 900 mL de agua. Añadir 50 mL de HCl y disolver en 900 mL de agua. Añadir 50 mL de HCl y mezclar. Medir pH y ajustar si es necesario. Aforar a 1 L.mezclar. Medir pH y ajustar si es necesario. Aforar a 1 L.

Ambos componentes de misma fuenteAmbos componentes de misma fuente