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pH Y SOLUCIONES AMORTIGUADORAS
Sergio A. Díaz^1 , William D. Segura, Camilo E. Tenorio^3 , Jefferson D. Usma4., Juliana Vélez^5 , Juan M. Villota^6 Estudiantes de Medicina de la Universidad Libre - Seccional Cali. Octubre de 2021 RESUMEN Se analiza el concepto de las concentraciones de hidrogeniones e hidroxilos presentes en una sustancia, es decir, la medida del pH y pOH. Los principales objetivos de este artículo son mostrar de qué manera puede determinarse la acidez o basicidad de muestras biológicas mediante el uso de un dispositivo que mida el pH de la sustancia (pH metro). El cómo preparar soluciones amortiguadoras (tipo buffer), que regulen y conserven su estado, y finalmente comprobar además la resistencia de las soluciones tampón frente a los cambios de pH y la adición de otras sustancias. Palabras clave: Buffer, solución, pH, pOH, clasificación, ácido y base.
ABSTRACT
The concept of the concentrations of hydrogen ions and hydroxyl present in a substance is analyzed, which means, the measurement of pH and pOH. The main objectives of this article are: to show how the acidity or basicity of biological samples can be determined by using a device that measures the pH of the substance (pH meter). How to prepare buffer solutions (type buffers), which preserve and regulate their state and finally also check the resistance of the buffer solutions facing changes in pH and the addition of other substances. Keywords: Buffer, solution, pH, classification, pH, pOH, acids and bases. Recibido: xx de Septiembre de 2021. Aceptado: xx de Septiembre de 2021 Received: February xx, 20xx Accepted: June
1. INTRODUCCIÓN
El concepto del pH y su escala es un parámetro o coeficiente utilizado para la medición de la acidez o basicidad de una disolución acuosa. El pH indica la concentración de iones de hidrógeno presentes en determinadas disoluciones. La sigla significa más precisamente “potencial de hidrógeno o potencial de hidrogeniones” contenidos; se considera numéricamente que el pH 7 es neutro, > 7 es alcalino, < 7 es ácido [1]. Su utilidad es fundamental e indispensable en el laboratorio al proporcionarnos una descripción más determinada de las muestras y su respectiva composición química, pues de que esté entre el rango correcto depende el buen funcionamiento de los organismos. [2] La fórmula determinada para el cálculo del pH es: pH= -log [H+] y del pOH es: pOH= -log [OH-] [3] Un ácido es un compuesto químico que al disolverse en agua pura, produce una solución con un pH menor a 7 (ver fig.1) , o como Arrhenius explica en su proposición de la Teoría de la disociación electrolítica iónica , cuando los electrolitos se disuelven en agua, se disocian en partículas cargadas (iones), un ácido es entonces cualquier especie que aumenta la concentración de H+^ en una solución acuosa [3]. Además, forma sales si es combinado con ciertos metales HA ⇄ A-^ + H+ Una base o también llamada álcali es una sustancia que presenta propiedades alcalinas, cuenta con un pH mayor a 7 y puede neutralizar un ácido o según la conocida definición de Arrhenius, es cualquier especie que aumenta la concentración de OH -^ en una solución acuosa [3]. BOH ⇄ B+^ + OH- Neutralización: Ácido + base ⇄ sal + H2O HCl + NaOH ⇄ NaCl + H2O Los ácidos y bases se clasifican como débiles o fuertes, dependiendo de su fuerza de ionización , un ácido fuerte es aquel que se ioniza totalmente o provoca un fuerte desplazamiento hacia la derecha de la reacción, al contrario de un ácido débil que no lo provoca en gran tamaño, ya que solo se disocia parcialmente. Entonces será con la constante de acidez (Ka) que se llega a definir la capacidad de disociación de un ácido y es con este valor que se clasifica por su fuerza. [4] Dado que los organismos suelen soportar de bruscamente las variaciones de su pH, incluso si son en pequeña escala, en medio del proceso de evolución se han dado las soluciones amortiguadoras o buffer , quienes son reguladoras del mismo y químicamente hablando, tienen como objetivo afectar las concentraciones de hidrogeniones en una solución, para que en un momento dado en donde pequeñas cantidades de ácido o base sean añadidos a la solución, el pH se mantenga constante y no haya un cambio significativo. Esto último se puede relacionar con la resistencia de los sistemas a cambios de pH. Los buffer o soluciones tampón están compuestas por una mezcla de ácido débil con su base o sal conjugada. [5] BUFFER DE ACETATO DE SODIO Está conformado por el ácido acético y su base conjugada, el acetato de sodio. El ácido estará parcialmente disociado según la fórmula: Aplicando la ley de masas: El acetato sódico se disocia completamente, como suelen estar las sales, por lo tanto, el ión acetato (Ac-) procedente de esta sal desplazará el equilibrio de disociación del ácido hacia la izquierda, disminuyendo así la concentración de [H+] MECANISMO DE ACCIÓN AMORTIGUADORA DEL BUFFER Dentro del sistema buffer pueden llegar a ocurrir diversas situaciones, en caso de adicionarsele un ácido fuerte, el equilibrio de la reacción se va a direccionar hacia al lado izquierdo de la reacción o a la parte de los reactivos pues el añadir este ácido
En uno de los vasos de precipitado se agregan 25 mL de ácido acético y se mide su valor de pH en el pH metro, luego en el otro vaso es añadida la misma cantidad de mL pero de acetato de sodio. Finalmente se vierte la solución de acetato de sodio en el vaso que contiene ácido acético y se mide nuevamente el pH de la ahora combinación, y se registra. Métodos para la comprobación las propiedades de resistencia de las soluciones tampón (Protocolos 2 y 3) Resistencia del buffer de acetato de sodio a cambios del pH. Se agregan en un par de beakers rotulados como A y B unos 25 mL de la solución buffer de acetato de sodio anterior, después se realiza la medición de pH del rotulado con la letra A y se registra el resultado, al mismo se le añade 1.0 mL de HCl y luego de ser agitado, nuevamente se determina su valor de pH y se hace su respectivo registro. Mientras, al vaso marcado con la letra B se le adiciona 1,0 mL de NaOH y se registra su pH. Resistencia del agua destilada a los cambios del pH Se rotulan dos beakers con la letra A y B, y ambos son rellenados con 25 mL de agua destilada, después se mide el pH del agua contenida en el vaso A y este se registra; ahora se adiciona ahora 1 mL de HCl, se agita y se mide nuevamente. Finalmente al vaso B, se le adiciona 1 mL de NaOH, se agita, mide, y registra. Metodos de determinacion de la acidez y basicidad de diferentes muestras biológicas (Protocolo 4) Se determina el pH de la lista de muestras químico- biológicas listas, agregando 10 mL de cada una de ellas en un beaker de 25 mL. Y con lo anterior se realiza su respectiva clasificación. (ver tabla 1 y gráfica 1)
3. RESULTADOS
Como resultado de la experimentación, se encontró que en el protocolo 1, al preparar un Buffer de Acetato de Sodio, dejó como resultado un pH de 4,865, teniendo en cuenta la temperatura: 25ºC. En el segundo protocolo, se utilizó el buffer de sodio preparado anteriormente (25 mL en cada vaso de precipitado), posteriormente se adicionó 1 mL de solución de HCl 0,1 M al vaso (A), y en el otro vaso de precipitado (B), una solución NaOH 0,1 M. Se midió el pH de cada vaso de precipitado arrojando los siguientes resultados: (A)=pH 4,673. (B)=pH 9,008. Teniendo en cuenta el pH del Buffer acetato de sodio y el pH de las dos soluciones contenidas en los vasos precipitados (A) y (B), se calculó una diferencia de: 𝚫 pH ¿pH buffer+NaOH - pH buffer )=0, 𝚫 pH ¿pH buffer+HC l - pH buffer )=0, El tercer y último protocolo, dos vasos de precipitados (A) y (B), se puso 25 mL de agua destilada en cada vaso de precipitados. En (A) se adicionó 1 mL de solución de HCl 0,1 M, dando como resultado un pH 2,17. En (B) se adicionó 1 mL de solución NaOH 0,1 M que mostró un resultado de pH 11,60. La diferencia entre el pH del agua destilada con HCl y el agua destilada es de: 𝚫 pH ¿pH agua destilada+HCL - pH agua destilada)= 5. La diferencia entre el pH del agua destilada con NaOH y el agua destilada es: 𝚫 pH ¿pH agua destilada+NaOH - pH agua destilada )=3,
4. DISCUSIÓN O ANÁLISIS DE RESULTADOS
Retomando los resultados obtenidos en el laboratorio y comparándolos con los datos calculados, podemos decir que los datos obtenidos en el laboratorio son asertivos y fueron de acuerdo con lo esperado. Se ratificó la clasificación del ácido acético (ácido débil) mediante la medición de su pH y adicionalmente decidimos medir el acetato de sodio (base débil) cumpliendo así con el requerimiento necesario para formar un buffer. Para comprobar la efectividad del buffer, este fue mezclado con 1 mL de solución de HCl dando muy buenos resultados pues la diferencia del pH en el buffer antes y después de agregarlo fue muy mínima (0.192). Para ratificar, se repitió el procedimiento pero esta vez con una solución de NaOH y nuevamente el buffer cumplio su labor, mantiendo la variacion de pH por debajo de 1 (0.143), todo esto es posible a la propiedad que tiene el sistema buffer pues según Fiñana,Cejudo & Reyes (2018) un buffer tiene la capacidad de donar o recibir H+ para mantener el pH de una solución estable[5]. Una vez confirmada la viabilidad del buffer se prosiguió a ratificar la de las sustancias HCl y NaOH con agua, a la hoa de medir el pH del agua con estas sustancias se reveló que el HCl provocó la liberación de una gran cantidad de H+ convirtiendo al agua destilada en un ácido (registró un pH de 2,17), caso contrario ocurrió con la mezcla de NaOH donde se produjo gran cantidad de OH es decir que convirtió el agua en una base muy fuerte (Registró un pH de 11,60) Cabe destacar que dentro del protocolo 4 la sustancia “límpido” medida con el pH metro, fue de gran sorpresa para todo el grupo, el hecho que fuera una base y que además fuera la de mayor nivel nos deslumbró pues todos teníamos el concepto que al ser una sustancia con la suficiente fuerza para desinfectar superficies casi que por completa debía ser un ácido, pero es todo lo contrario pues las bases tienen la propiedad de liberar OH al ser mezclados con el agua que se encuentra en el interior de la célula aumentando la alcalinidad y así lograr acabar con la célula desde adentro y obteniendo como resultado la desinfección de la superficie, además de que las bases tienen la propiedad de diluir la grasa según lo sustentado por Tortora & Derrickson (1975) [6].
5. CONCLUSIONES.
- Para la preparación de una solución buffer es necesario un ácido débil y su base conjugada, los cuales fueron el ácido acético y su base del acetato de sodio.
- Una solución buffer de acetato de sodio actúa como amortiguadora frente a los ácidos en lugar de las bases, pues resulta moldeable ante la adición de soluciones alcalinas.
- El agua destilada es sumamente propensa a los cambios del pH, el cual aumentará o disminuirá drásticamente según la sustancia agregada.
- Las sustancias ácidas contienen una concentración mayor de hidrogeniones como las bebidas cotidianas (leche, café, jugos, refrescos carbonatados), mientras que los químicos básicos cuentan con una menor cantidad de hidrogeniones pero mayor de hidroxilos, como los químicos de limpieza domésticos (límpido, bicarbonato de sodio). 6. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
- Autors D. Manual de prácticas de Medicina Bucal. Edicions Universitat Barcelona;
- p. 172.
- Surat P. pH en el cuerpo humano [Internet]. News-medical.net. News Medical; 2018 [citado el 5 de octubre de 2021]. Disponible en: https://www.news-medical.net/amp/health/p H-in-the-Human-Body-(Spanish).aspx
- Ácidos y bases [Internet]. Khanacademy.org. [citado octubre 2 de 2021]. Disponible en: https://es.khanacademy.org/science/chemis try/acids-and-bases-topic
- Cruz Z, Gamed G. La vida celular [Internet]. Redalyc.org. [citado 5 de octubre de 2021]. Disponible en: https://www.redalyc.org/pdf/4419/ 2004.pdf
- Fiñana IT, Cejudo AG, Reyes EF. 6. pH y amortiguadores: Tampones fisiológicos
