Preparación de soluciones amortiguadoras

Preparación de soluciones mortiguadoras

Las soluciones buffer o amortiguadoras resisten los cambios de pH ya que contienen ácidos-base débiles conjugados que neutralizan los iones H+ y OH-. Las soluciones amortiguadoras consisten de ácidos o bases débiles y las sales de esos ácidos o bases. Escoger un sistema amortiguador apropiado depende de los rangos de pH a amortiguar. La mayoría de as reacciones biológicas ocurren en un rango de pH que va de 6 a 8. Los buffers de fosfato amortiguan a un rango de pH de 6,5 a 7,5. Los buffers de ácido carboxílico son útiles para un pH de 3 a 6. Los buffers de borato funcionan en un pH de 8,5 a 10. Los buffers de aminoácido como la glicina y la histidina pueden usarse en varios rangos de pH. El buffer Tris es uno de los sistemas amortiguadores más utilizados en laboratorios biológicos. En el siguiente ejemplo se utilizarán cálculos para soluciones de buffer Tris, pero la metodología se aplica de igual forma para cualquier solución amortiguadora.

``La mayoría de los organismos, incluidos los seres humanos, necesitan mantener el pH dentro de un rango muy reducido para poder sobrevivir. Por ejemplo, la sangre humana necesita mantener su pH justo alrededor de 7.4 y evitar variaciones significativas hacia arriba o hacia abajo, aun cuando sustancias ácidas o alcalinas entren o salgan del torrente sanguíneo.

Las soluciones amortiguadoras, capaces de resistir cambios en el pH, son indispensables para mantener estable la concentración de iones hidrógeno H$^+$start superscript, plus, end superscript en los sistemas biológicos. Cuando hay demasiados iones H$^+$start superscript, plus, end superscript, una solución amortiguadora absorberá parte de ellos, subiendo el pH; y cuando hay muy pocos, la solución amortiguadora aportará algunos de sus propios iones H$^+$start superscript, plus, end superscript para reducir el pH. Las soluciones amortiguadoras consisten generalmente de un par ácido-base, cuya diferencia radica en la presencia o ausencia de un protón (un par ácido-base conjugado).

Por ejemplo, una de las soluciones amortiguadoras que mantienen el pH en la sangre humana está formada por el ácido carbónico (H$_2$start subscript, 2, end subscriptCO$_3$start subscript, 3, end subscript) y su base conjugada, el ion bicarbonato (HCO$_3$start subscript, 3, end subscript$^-$start superscript, minus, end superscript). El ácido carbónico se forma cuando el dióxido de carbono entra al torrente sanguíneo y se combina con el agua, y es la forma principal en la que el dióxido de carbono viaja en la sangre entre los músculos (donde se produce) y los pulmones (donde es liberado como producto de desecho).´´

Si se acumulan demasiados iones H$^+$start superscript, plus, end superscript, la ecuación de arriba se moverá hacia la derecha y los iones bicarbonato absorberán los H$^+$start superscript, plus, end superscript para formar ácido carbónico. De igual manera, si la concentración de H$^+$start superscript, plus, end superscript baja demasiado, la ecuación irá hacia la izquierda y el ácido carbónico se convertirá en bicarbonato, donando iones H$^+$start superscript, plus, end superscript a la solución. Sin este sistema amortiguador, las variaciones en el pH del cuerpo humano serían tan grandes que pondrían en riesgo la supervivencia.

Estas soluciones son muy útiles puesto que sirven para evitar reacciones indeseadas que se llevarían a cabo si hay variaciones de la acidez de la disolución.

Las Soluciones Amortiguadoras tienen una importancia vital en Bioquímica ya que de la constancia del pH en los organismos depende el correcto funcionamiento a nivel celular. También son importantes a nivel industrial y en el laboratorio.

Ejemplos de Soluciones Amortiguadoras:

• NH₃ (base débil) y NH₄Cl (ácido conjugado)
• CH₃COOH (ácido débil) y CH₃COONa (base conjugada)  

• El pH de la sangre permanece constante entre un margen de 7,3 y 7,5 (ligeramente básico) gracias a la acción de soluciones amortiguadoras presentes en las proteínas del suero sanguíneo. Dichas proteínas están formadas por aminoácidos que presentan grupos carboxilo ácidos (-COOH) y también grupos básicos como los aminos (-NH₂). 
• Mezclas de iones carbonato (CO₃^2-) e iones bicarbonato (HCO₃^-) 
• Mezclas de iones fosfato ácido (H₂PO₄^-) e iones de fosfato básico (HPO₄^2-) 
• Mezcla de ácido fórmico (HCOOH) y formiato de potasio (HCOOK)
• Mezcla de ácido benzoico (C₆H₅COOH) y benzoato de potasio (C₆H₅COONa)
• Mezcla de ácido fosfórico (H₃PO₄) y fosfato de sodio (Na₃PO₄)

Preparación de Soluciones Amortiguadoras:

Para preparar una solución amortiguadora se deben tener en cuenta las siguientes consideraciones:

• En primer lugar necesitamos conocer el pH al que queremos tener una solución amortiguadora
• A continuación buscamos un ácido o una base que se encuentre cerca del pH buscado
• Se calcula el pH sin solución amortiguadora aplicando la ecuación de Henderson-Hasselbalch:

pH = pK_a + log ([S] / [A])

• pK_a = - log10 K_a donde K_a es la constante de acidez
• [S] es la concentración de la sal formada por su base conjugada
• [A] es la concentración del ácido

APLICACIONES DE ESTE TIPO DE SOLUCIONES:

Además de que ese tipo de soluciones son útiles para el mantenimiento del pH en sistemas biológicos, también tienen aplicaciones en la industria.

Industria agrícola: Se usa para la fertirrigación y la agricultura hidropónica.

Industria alimentaria: Conocer los parámetros del pH nos ayuda a saber si los alimentos son aptos para el consumo humano.

Industria farmacéutica: El control del PH es fundamental en el diseño, formulación y ensayos previos a la comercialización de medicamentos.

En microbiología y en estudios genéticos también se usan los buffers. Uno de los productos destinados a este fin es el buffer de carga 6X para DNA

BIBLIOGRAFIAS

• Carla Boulianne . (s.f.). Cómo preparar soluciones amortiguadoras. 25 de octubre 2017, de eHow en español Sitio web: http://www.ehowenespanol.com/preparar-soluciones-amortiguadoras-como_112391/

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• QuimiNet.(2012),"buffers y su importancia en la industria", recuperadode:https://www.quiminet.com/articulos/los-buffers-y-su-importancia-en-la-industria-3006102.htm, 25/octubre/2017.