INTRODUCCIN En esta 4 sesin prctica se observan las reacciones acido base en soluciones tampn o buffer, preparando para ello soluciones amortiguadoras de forma adecuada y reconocer experimentalmente el poder regulador que tienen sobre el pH, considerando conocimientos adquiridos en las sesiones anteriores con respecto a la medicin del pH y la preparacin de soluciones. Luego, se le adiciona en primera instancia cido, para posteriormente hacerlo con una base. MARCO TEORICO Mantener el pH constante es vital para el correcto desarrollo de las reacciones qumicas y bioqumicas que tienen lugar tanto en los seres vivos como, a nivel experimental, en el laboratorio. Los amortiguadores (tambin llamados disoluciones amortiguadoras, sistemas tampn o buffers) son aquellas disoluciones cuya concentracin de protones apenas vara al aadir cidos o bases fuertes. Los amortiguadores ms sencillos estn formados por mezclas binarias:

un cido dbil y una sal del mismo cido con una base fuerte (por ejemplo, cido actico y acetato sdico)

una base dbil y la sal de esta base con un cido fuerte (por ejemplo, amonaco y cloruro amnico)

La concentracin de protones del agua pura experimenta una elevacin inmediata cuando se aade una mnima cantidad de un cido cualquiera. A un litro de agua neutra (pH 7) basta aadirle 1 ml de HCl 10M para que el pH descienda 5 unidades. En cambio, si esta misma cantidad de cido se aade a 1 litro de disolucin amortiguadora formada por HAc/AcNa 1M, el pH desciende en una centsima, o sea, quinientas veces menos. MATERIALES Los materiales utilizados, entre instrumentos y reactivos qumicos, son los siguientes: Balanza Analtica Vidrio reloj Papel pH Matraz aforado Pinzas Probeta Piseta

Pro pipeta Pipeta Vaso de precipitado Varilla de vidrio Hidrxido de Sodio 0.1M cido Clorhdrico 0.1M cido Actico Acetato de Sodio DESARROLLO Se calcul el volumen de cido actico (CH3COOH, PM=60 g/mol) y la masa de Acetato de Sodio (CH3COONa, PM=82 g/mol) a medir para preparar 100mL de una solucin tampn CH3COOH/CH3COONa con un pH 4.5 y una concentracin total 0,40 M, para lo cual se consider una solucin de CH3COOH concentrado al 99.1% p/v con una densidad de 1.06 g/mL.

Teniendo adems el dato de la constante de acides (Ka) = 1,8 x 10-5 , Se utiliza la ecuacin de Henderson-Hasselbach:

pH = pka + log [ A ] [HA]

Reemplazando los datos:

4,5 = 4,75 + log [ CH3COO- ] [CH3COOH]

-0,25 = log [ CH3COO- ] / 10x

[CH3COOH]

0,56 = [ CH3COO- ] [CH3COOH]

0,56 [CH3COOH] = [ CH3COO- ]

[CH3COOH] + [ CH3COO- ] = 0,40 0,56 [CH3COOH] + [CH3COOH] = 0,40

1,56 [CH3COOH] = 0,40 M [CH3COOH] = 0,256 M

[ CH3COO- ] = 0,40 0,256 = 0,144 M

Luego se calcula la masa del acetato de sodio y el volumen del cido actico con la frmula de la molaridad.

Ch3COONa 0,144 M = n / L 0,144 M = (x gr / (88 gr/mol)) / 0, 1 L x = 1,18 gr CH3COOH 0,256 M = n / L 0,256 M = (x gr / (60 gr/mol)) / 0,1 L x = 1,54 gr Volumen CH3COOH X = (1,54 gr * 100) / 99,1 gr X = 1,5 mL aproximadamente.

Luego se procedi a preparar una solucin amortiguadora a travs del siguiente procedimiento: 1. Se midieron las cantidades calculadas previamente de CH3COOH y CH3COONa a utilizar y trasvasijadas a un vaso de precipitado con 15-20 mL de agua destilada.

Imagen 1. Pesaje de CH3COONa, obteniendo el valor previamente calculado

2. Se verti la disolucin en un matraz aforado de 100 mL, adicionando agua destilada para enrasar hasta el aforo.

Imagen 2. Matraz Aforado

3. Se agit el matraz, bien cerrado, para homogeneizar la disolucin.

Imagen 3. Matraz Aforado siendo agitado

4. Se registr el pH de la solucin preparada con cinta indicadora para verificar los clculos previos. Control de la capacidad amortiguadora Adicin de Acido: 1.- Se traspas 25 mL de la solucin tampn preparada en el paso previo, con una pipeta o bureta, a un vaso de precipitado y se midi su pH. 2.- Se agreg al vaso de precipitado 5mL de solucin de cido Clorhdrico (HCl) 0.1M, se agito con una varilla de vidrio limpia y se midio nuevamente el pH. 3.- Se realiz el mismo procedimiento con 25 mL de agua destilada y se compar las variaciones de pH observados en ambos casos. Adicin de Base: 1.- Se tom 25 mL de la solucin tampn preparada a un vaso de precipitado y se midi su pH. 2.- Se agreg al vaso de precipitado 5 mL de solucin de hidrxido de sodio (NaOH) 0.1M, se agito con una varilla de vidrio limpia y se midi nuevamente el pH. 3.- Se realiz el mismo procedimiento con 25 mL de agua destilada y se compar las variaciones de pH observadas en ambos casos.

RESULTADOS Inicialmente se tiene que el agua destilada tiene un pH neutro (pH = 7). Tambin se tena el pH de la solucin buffer CH3COOH/CH3COONa (pH = 4,5) con un color anaranjado.

Imagen 3. Soluciones ensayadas en el experimento

Imagen 4. Medicin de pH de las 4 soluciones

SOLUCIONES COLORACION pH

1. Solucin CH3COOH/CH3COONa + NaOH 0.1M

anaranjado 4

2. Solucin CH3COOH/CH3COONa + HCl 0.1

Anaranjado/ rojizo 3

3. Agua destilada + HCl 0.1M rojizo 2

4. Agua destilada + NaOH 0.1M Verde oscuro 12

Imagen 5 y 6. Medidores de pH utilizado en esta escala

Imagen 7. Otra medicin utilizada para medir el pH: pH metro

CUESTIONARIO iguadora de una solucin tampn? Es posible predecir dicha propiedad? Los amortiguadores (tambin llamados disoluciones amortiguadoras, sistemas tampn o buffers) son aquellas disoluciones cuya concentracin de protones apenas vara al aadir cidos o bases fuertes. Si es posible predecir dicha propiedad, pues hay amortiguadores sencillos que estn formados por mezclas binarias, como por ejemplo cido actico y acetato sdico y el amonaco y cloruro amnico solucin tampn? R: Las soluciones buffers son soluciones que resisten cambios de su pH. Estas soluciones mantienen constante el pH cuando se adicionan pequeas cantidades de cidos o bases. El control del pH es importante en numerosas reacciones qumicas, en los sistemas biolgicos y en muchas otras aplicaciones. El cambio del pH de la sangre en 0,5 unidades puede resultar fatal, pero la sangre es una solucin buffer. El agua no es un buffer y la simple adicin de una gota de HCl 1M a un litro de agua cambia el pH de 7,0 a 4,3. As pues, un buen control del pH es esencial. 3. Adems de los ejemplos incluidos en esta gua, indique 4 ejemplos de soluciones tampn, sealando los rangos de pH que los caracterizan y si alguno es relevante en un proceso biolgico. R:

1) cido carbnico (H2CO3), base conjugada: Bicarbonato (HCO3-) Rango de pH: 5,4 7,4.

La relacin HCO3-/ H2CO3 es muy alta (20/1), lo que le proporciona una alta capacidad tampn frente a los cidos.

Es un sistema abierto, con lo que el exceso de CO2 puede ser eliminado por ventilacin pulmonar de manera rpida.

Adems, el HCO3- puede ser eliminado por los riones mediante un sistema de intercambio con solutos.

2) Fosfato (PO4-3), base conjugada: Fosfato hidrogenado (HPO4-2) Rango de pH: 11,6 13,6.

El tampn fosfato es un sistema muy eficaz para amortiguar cidos. La concentracin de fosfato en la sangre es baja (2 mEq/L) por lo que tiene escasa capacidad de tamponar si lo comparamos con otros tampones (ej el bicarbonato). En cambio, a nivel intracelular, las concentraciones de fosfato son elevadas lo que le convierte en un tampn eficiente. Las grandes cantidades de fosfato dentro de

las clulas corporales y en el hueso hacen que el fosfato sea un depsito grande y eficaz para amortiguar el pH.

3) Amnico (NH3), cido conjugado: amonio (NH4+)

Rango de pH: 8,2 10,2. 4) Hemoglobina, rango de pH: 7,35 a 7,45.

Es un tampn fisiolgico muy eficiente, debido a la gran abundancia de esta protena en la sangre. Esta propiedad de la hemoglobina, de cambiar su valor de pK, demuestra el efecto tampn, permite el transporte de una determinada cantidad de CO2 liberada en los tejidos. La hemoglobina oxigenada que llega a los tejidos se disocia liberando O2, un proceso que est favorecido por el estado de los tejidos (baja pO2, menor pH y alta pCO2).

diabticos sea frecuente encontrar valores de pH sanguneos inferiores a 7.4? R: El principal producto cido del metabolismo celular es el dixido de carbono (CO2), que viene a representar un 98% de la carga cida total. Aunque no se trata de un cido, pues el CO2 no contiene H+, es un cido potencial ya que su hidratacin mediante una reaccin reversible catalizada por la Anhidrasa carbnica (AC), va a general acido carbnico ( H2CO3). Este, es un cido voltil ya que va a ser eliminado por los pulmones y as va a disminuir la carga neta de cido. Por otra parte, el metabolismo va a generar una serie de cidos no voltiles, llamados cidos fijos, que representan el 1-2% de la carga cida. Estos cidos no pueden ser eliminados por el pulmn, siendo el rin el principal rgano responsable de su eliminacin. La insulina se ha relacionado con el metabolismo de los hidratos de carbono, sin embargo son las alteraciones en el metabolismo de las grasas las que provocan trastornos en los pacientes diabticos, ya que la insulina promueve el metabolismo de los cidos grasos y esta carencia hace que se formen en los hepatocitos cantidades excesivas de acido acetatico, deprimiendo su utilizacin en los tejidos perifricos los cuales no pueden ser metabolizados y forman a su vez acetona y acido betahidroxibutrico. Este aumento a nivel sanguneo produce una disminucin en la concentracin del sodio disminuyendo el liquido extracelular y parte del sodio es sustituido por el aumento de la cantidad de hidrogeniones , lo que contribuye la acidosis, esto produce a posterior la respiracin de Kussmaul que provoca espiracin excesiva de dixido de carbono y una disminucin del bicarbonato, alterando finalmente el ph sanguneo a niveles de acidosis metablica.

5. Bajo la suposicin que los volmenes son aditivos, determine en forma terica el pH de las soluciones ensayadas, informando el pH inicial de cada una: (1) Agua destilada + NaOH 0.1M (2) Agua destilada + HCl 0.1M (3) Solucin CH3COOH/CH3COONa + NaOH 0.1M (4) Solucin CH3COOH/CH3COONa + HCl 0.1M R:

(1) Agua destilada + NaOH 0.1M Agua destilada: pH = 7 NaOH 0.1M: pH = 12 Volumen agua destilada = 25 mL Volumen NaOH = 5 mL Volumen Total = 30 mL 1000 mL 0,1 moles de NaOH 5 mL x = 0,0005 moles de NaOH X = (5 * 0,1) / 1000 = 0,0005 moles Se tendr 0,0005 moles de NaOH en 30 mL de disolucin. Molaridad = moles de soluto / Litros de Disolucin X = 0,0005 moles de NaOH / 0,03 Litros de Solucin X = 0,017 aproximadamente pOH = - Log 0,017 M pOH = 1,769 = 1,77 aproximadamente pH + pOH = 14 pH = 14 1,77 pH = 12,23

(2) Agua destilada + HCl 0.1M Agua destilada: pH = 7 HCl: pH = 1 Volumen agua destilada = 25 mL Volumen HCl = 5 mL Volumen Total = 30 mL 1000 mL 0,1 moles de HCl 5 mL x = 0,0005 moles de HCl X = (5 * 0,1) / 1000 = 0,0005 moles Se tendr 0,0005 moles de HCl en 30 mL de disolucin. Molaridad = moles de soluto / Litros de Disolucin X = 0,0005 moles de HCl / 0,03 Litros de Solucin X = 0,017 aproximadamente pH = - Log 0,017 M pH = 1,769 = 1,77 aproximadamente (3) Solucin CH3COOH/CH3COONa + NaOH 0.1M

Solucin CH3COOH/CH3COONa: pH = 4,5

NaOH 0.1M: pH = 13

Volumen solucin CH3COOH/CH3COONa = 25 mL Volumen NaOH = 5 mL Volumen Total = 30 mL [CH3COONa] = 0,144M 0,144 * 0,025 Litros = 0,0036 moles [CH3COOH] = 0,256M 0,256 * 0,025 Litros = 0,0064 moles

NaOH + CH3COOH CH3COONa + H20 Inicio: 0,0005 moles 0,0064 moles 0 moles Equilibrio 0 mol 0,0059 moles 0,0036 moles

pH = pka + log [ A ] / [HA] pH = 4,75 + log [CH3COONa] / [CH3COOH] pH = 4,75 + log [0,0005] / [0,0059] pH = 4,75 1,07 pH = 3,68

(4) Solucin CH3COOH/CH3COONa + HCl 0.1M

Solucin CH3COOH/CH3COONa: pH = 4,5

HCl 0.1M: pH = 1

Volumen solucin CH3COOH/CH3COONa = 25 mL Volumen HCl = 5 mL Volumen Total = 30 mL [CH3COONa] = 0,144M 0,144 * 0,025 Litros = 0,0036 moles [CH3COOH] = 0,256M 0,256 * 0,025 Litros = 0,0064 moles

CH3C00- + H+ CH3COONa + H20 Inicio: 0,0036 moles 0,0005 moles 0,0059 moles Equilibrio 0,0031 mol 0 moles 0,0064 moles

pH = pka + log [ A ] / [HA] pH = 4,75 + log [CH3COONa] / [CH3COOH] pH = 4,75 + log [0,0005] / [0,0031] pH = 4,75 0,79 pH = 3, 96

REFERENCIAS

UNIVERSIDAD DEL PAS VASCO s/f. Curso de Biomolculas. Disponible en INTERNET:

http://www.ehu.es/biomoleculas/buffers/buffer.htm [Consultado 8 junio de 2014]

Tez I., Galvn A., Fernndez E.. pH y amortiguadores: tampones fisiolgicos. Disponible

en INTERNET:

http://ciam.ucol.mx/portal/portafolios/eguzman5/presentaciones/recurso_850.pdf

Hernandez R.. Soluciones reguladoras. Disponible en INTERNET:

http://www.slideshare.net/migual/buffer-8817988