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Equilibrio Químico: Principio de Le Chatelier y Soluciones Amortiguadoras, Guías, Proyectos, Investigaciones de Química

breve descripción y teoría de buffers

Tipo: Guías, Proyectos, Investigaciones

2019/2020

Subido el 13/10/2020

juancita
juancita 🇵🇪

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EQUILIBRIO QUÍMICO PARTE II1
Práctica 10
EQUILIBRIO QUÍMICO
PRINCIPIO DE LE CHATELIER – SOLUCIONES
AMORTIGUADORAS
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 de base.
Las disoluciones amortiguadoras son muy importantes en los sistemas químicos y
biológicos. Cada fluido del cuerpo humano 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.
2. Propósito de la práctica
Al final de la sesión, el alumno es competente para:
2.1. Preparar disoluciones amortiguadoras y aplicar el principio de Le Chatelier
2.2. Comprobar la capacidad amortiguadora de cada disolución amortiguadora
2.3. Determinar las concentraciones óptimos en un sistema buffer
3. Marco teórico/revisión de literatura
4.1 Disolución amortiguadora
Una disolución amortiguadora o buffer debe contener una concentración
relativamente grande de ácido para reaccionar con los iones OH- que se añadan; y
también debe contener una concentración semejante de su base conjugada para
neutralizar los iones H+ que se le agreguen. Además, los componentes del
amortiguador no deben consumirse el uno al otro en una reacción de
neutralización. Estos requerimientos se satisfacen con un par conjugado ácido-
base; por ejemplo, un ácido débil y su base conjugada (suministrada por una sal) o
una base débil y su ácido conjugado (suministrado por una sal).
Arias Durand, Devorah; Dioses Morales, Jacqueline: Rengifo Maravi, Joel; Villegas Silva, Elvito.
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1 EQUILIBRIO QUÍMICO PARTE II

EQUILIBRIO QUÍMICO

PRINCIPIO DE LE CHATELIER – SOLUCIONES AMORTIGUADORAS

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 de base. Las disoluciones amortiguadoras son muy importantes en los sistemas químicos y biológicos. Cada fluido del cuerpo humano 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. 2. Propósito de la práctica Al final de la sesión, el alumno es competente para: 2.1. Preparar disoluciones amortiguadoras y aplicar el principio de Le Chatelier 2.2. Comprobar la capacidad amortiguadora de cada disolución amortiguadora 2.3. Determinar las concentraciones óptimos en un sistema buffer 3. Marco teórico/revisión de literatura 4.1 Disolución amortiguadora Una disolución amortiguadora o buffer debe contener una concentración relativamente grande de ácido para reaccionar con los iones OH-^ que se añadan; y también debe contener una concentración semejante de su base conjugada para neutralizar los iones H+^ que se le agreguen. Además, los componentes del amortiguador no deben consumirse el uno al otro en una reacción de neutralización. Estos requerimientos se satisfacen con un par conjugado ácido- base; por ejemplo, un ácido débil y su base conjugada (suministrada por una sal) o una base débil y su ácido conjugado (suministrado por una sal).

2 EQUILIBRIO QUÍMICO PARTE II 4.2 Preparación de una disolución amortiguadora Una disolución amortiguadora o buffer se puede preparar al mezclar cantidades molares semejantes de ácido acético (CH 3 COOH) y su sal acetato de sodio (CH 3 COONa) en medio acuoso. Se supone que las concentraciones en equilibrio del ácido y de la base conjugada (que proviene del CH 3 COONa) 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 acuoso. CH 3 -COOH(ac) H+(ac) + CH 3 -COO—(ac) (alta concentración) (muy baja concentración) CH 3 -COONa(ac) Na+(ac) + CH 3 -COO—(ac) (disocia totalmente) (alta concentración) Se resume que la disolución amortiguadora formado por ácido acético y acetato de sodio es: CH 3 -COOH(ac) H+(ac) + CH 3 -COO—(ac) Ácido débil Base conjugada (alta concentración) (alta concentración) 4.3 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 reaccionarán con los iones hidrógeno del ácido del buffer formando agua, simultáneamente se formará la base conjugada de la disolución amortiguadora. CH 3 -COO-^ Na +^ + CH 3 -COOH CH 3 -COO-^ Na +^ + CH 3 -COOH [SAL] [ACIDO] [SAL] ↑ [ACIDO] ↓ Na+^ OH-^ H 2 O + CH 3 -COO-^ Na+ 4.4 Mecanismo de acción de una disolución amortiguadora ante la adición de un ácido

X 

HX

  • logH (-logKa) log 

4 EQUILIBRIO QUÍMICO PARTE II Si aplicamos logaritmo y multiplicamos por (-1) a ambos lados de la ecuación se tiene: Aplicando pH = -log [H+] y pKa = -logKa, se llega a la ecuación de Henderson- Hasselbalch:  pH = pKa + log

[ Base conjugada ]

[ Acido conjugado ]

4.6 Capacidad amortiguadora de una disoluciones amortiguadora La eficacia de un amortiguador está señalada por dos factores: a) La capacidad amortiguadora depende de la cantidad de ácido o de base conjugada que tenga la disolución. Cuanto mayor sea esta cantidad, mayor será la capacidad amortiguadora. [Buffer] = [ácido] + [base conjugada] b) La relación que existe entre la concentración de la base conjugada y la del ácido. Si la relación es 1 o próxima a 1, el valor del pH es igual al pKa del sistema y la capacidad amortiguadora es máxima, ya que al tener la misma concentración de ambos componentes pueden proporcionar igualmente la misma cantidad de iones ácidos o básicos para poder mantener el pH. El rango de acción de una disolución amortiguadora está en relación al valor de su pKa, es decir, el margen de amortiguación efectiva está comprendido entre pKa ±

  1. Por ejemplo, el rango de acción eficaz de una disolución amortiguadora acetato de sodio/ácido acético de pKa 4.74, está comprendida entre 3.74 y 5.74. Si hay significativamente mayor proporción de ácido con respecto a la base conjugada, se tratará de un buffer que podrá resistir más efectivamente el ataque por hidróxidos y viceversa. 5. Procedimiento experimental en el Simulador.

5 EQUILIBRIO QUÍMICO PARTE II 1.- Elegir un buffer y su sal: CH3COOH 1M (50mL) y CH3COONa 1M (50mL) voy al ítems soluciones y hacer clic y aparecerá una serie de soluciones y elijo lo necesario. Al hacer clic a la solución deseada esta aparecerá en el área de trabajo automáticamente:

  1. Cuando se elige una solución, en la pantalla de la izquierda aparece toda la información de esta solución: Mover la barra deslizadora para buscar mas soluciones

7 EQUILIBRIO QUÍMICO PARTE II Seleccionar Sig Fig y colocar la cantidad a utilizar (para el ejemplo se utilizara 50mL) y luego se hace clic en Pour y con X se cierra esa ventana.

  1. Cuando ha terminado con una pieza de cristalería puede eliminarlo haciendo clic derecho y seleccionando Remove (eliminar):
    1. Si se desea eliminar todos los materiales del área de trabajo puede hacer clic derecho y seleccione Clear Workbench y el área de trabajo quedara limpio.
    2. De igual manera se realizan todas las diluciones. 6. Resultados

Tabla 1: Preparación de la disolución amortiguadora CH 3 COONa 0.02M / CH 3 COOH 0.02M (pKa = 4,74) Item s Volumen del ácido acético [1M] (mL) Volumen de la base conjugada [1M] (mL) pH Teórico, mediante la ecuación de Henderson-Hasselbalch Práctico del buffer, mediante el Simulador ( Modo:Sig Fig) 1 50 50 2 40 60 3 60 40 4 20 80 5 80 20

7. Discusión de resultados. Realizar una discusión crítica comparativa entre los resultados obtenidos (datos prácticos) y los obtenidos en fuentes bibliográficas (datos teóricos), también debe considerar las observaciones en el laboratorio identificando infraestructura calidad de materiales, equipos y cualquier deficiencia que restringe el desarrollo de los experimentos. 8. Conclusiones ¿El laboratorio permite el logro de la competencia mencionada en el numeral 2 de la Práctica 10? Las conclusiones corresponden a la síntesis de todas las actividades desarrolladas en la práctica de laboratorio con la finalidad de obtener los datos para realizar la evaluación final: ¿qué obtuve?; ¿qué logré?; ¿cuáles son esos resultados?, todas estas preguntas están vinculadas con el numeral 2, donde las buenas prácticas de laboratorio permiten el logro de las competencias esperadas. Las conclusiones pueden o no confirmar la hipótesis planteada en el marco teórico. 9. Bibliografía/referencias bibliográficas: Manual de Buenas Prácticas de Laboratorio. 2007. Servicio de Prevención de Riesgos Laborales. Consejo Superior de Investigaciones Científicas. Ministerio de Educación y Ciencia. Sevilla, España. http://www.icv.csic.es/prevencion/Documentos/manuales/bpl_csic.pdf Buenas Prácticas de Laboratorio. http://aulavirtual.usal.es/aulavirtual/demos/microbiologia/unidades/documen/uni_02/44/ GLP.htm

CUESTIONARIO PARA EL INFORME

  1. Presente una lista de disoluciones amortiguadoras biológicas.
  2. ¿El agua destilada tiene el mismo comportamiento que el agua natural al ser titulado con la base fuerte y con el ácido fuerte? ¿A qué se debe la diferencia?
  3. ¿Cuál de las disoluciones amortiguadoras presenta mayor capacidad amortiguadora cuando se adiciona un ácido fuerte? Explique.
  4. ¿De qué factor depende para que la disolución amortiguadora presente mayor capacidad? Explique.
  5. Halle el pH de la disolución amortiguadora si a un mismo sistema se agrega 30 mL de ácido acético 0.3M y 10 mL de acetato de sodio 0.1 M. Explique si se puede usar como una solución amortiguadora. pKa = 4.
  6. Halle el pH de la disolución amortiguadora si a un mismo sistema se agrega 40 mL de fosfato monosódico 0.5 M y 20 mL de fosfato disódico 0.4M. Explique si se puede usar como una solución amortiguadora. pKa1 = 2.2; pKa2 = 7.2; pKa3 = 12.