Q.F CRISTHIAN NEIL RODRIGUEZ SILVA

Equilibrio Acido Base

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Definición de Arrhenius

Publica en 1887 su teoría de “disociación iónica”. Hay sustancias (electrolitos) que en disolución se disocian en cationes y

aniones.

ÁCIDO: Sustancia que en disolución acuosa disocia cationes H+.

BASE: Sustancia que en disolución acuosa disocia aniones OH–.

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DisociaciónÁCIDOS:

AH (en disolución acuosa) A– + H+

Ejemplos: HCl (en disolución acuosa) Cl– + H+

H2SO4 (en disolución acuosa) SO42– + 2 H+

BASES:

BOH (en disolución acuosa) B + + OH–

Ejemplo: NaOH (en disolución acuosa) Na+ + OH–

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Gráfica de pH en sustancias comunes

ÁCIDO BÁSICO

141 2 3 4 6 8 9 10 11 12 135 7

Zumo de limón Cerveza

LecheSangre

Agua marAmoniaco

Agua destilada

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Tampones o amortiguadores. Esquema general.

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Mecanismo de la acción de tamponamiento.

Las disoluciones amortiguadoras (también llamadas sistemas tampón o buffers) son aquellas cuya concentración de protones apenas varía al añadir ácidos o bases fuertes.

La concentración de protones del agua pura experimenta una elevación inmediata cuando se añade una mínima cantidad de ácido o de base (Figura superior derecha).

En cambio, si esta misma cantidad de ácido se añade a 1 litro de disolución amortiguadora el pH apenas desciende una décima (Figura inferior derecha).

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Mecanismo de la acción de tamponamiento.

Su utilidad en los seres vivos y en el laboratorio radica en el hecho de que impiden que se produzcan bruscos cambios en el pH de una disolución. Mantener el pH constante es vital para el correcto desarrollo de las reacciones químicas y bioquímicas que tienen lugar tanto en los seres vivos como, a nivel experimental, en el laboratorio.

Los amortiguadores más sencillos están formados por mezclas binarias:

1. un ácido débil y una sal del mismo ácido con una base fuerte (por ejemplo, ácido acético y acetato sódico)

2. una base débil y la sal de esta base con un ácido fuerte (por ejemplo, amoníaco y cloruro amónico)

Supongamos un amortiguador constituído por ácido acético (ácido débil) y acetato sódico (sal de ácido débil y base fuerte). El ácido estará parcialmente disociado según la ecuación:

Aplicando la ley de acción de masas:

El acetato sódico, como todas las sales está completamente disociado, y por lo tanto, el ión acetato (Ac-) procedente de esta sal desplazará el equilibrio de disociación del ácido hacia la izquierda, haciendo que disminuya la [H+].

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ECUACIÓN DE HENDERSON-HASSELBALCH. El pH de una disolución amortiguadora se puede

conocer mediante la ecuación de Henderson-Hasselbalch. En la disociación del ácido acético:

la constante de equilbrio es:

Si tomamos logaritmos:

Y cambiando de signos:

Lo que es igual a:

Y reordenado tenemos finalmente la ecuación de HENDERSON-HASSELBALCH :

Cuando [Ac-] = [AcH] entones:

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Eficacia de un sistema amortiguador.

La eficacia máxima del amortiguador, tanto para neutralizar ácidos como bases está en la zona de pH de mayor pendiente, que es la zona que abarca la flecha discontinua de la figura superior:

- el máximo de la curva de la eficacia del amortiguador frente a bases está en el punto pH=pK-1/2. En este punto, la proporción de sal es del 24%, y hay que añadir un 52% de NaOH para que que el pH suba a pK+1/2, donde el porcentaje de la base es del 76%.

- el máximo de la curva de la eficacia del amortiguador frente a ácidos está a pH=pK+1/2, donde el % de la sal es del 76%, y admite un 52% de ácido para disminuir el pH en una unidad (pH=pK-1/2). donde el porcentaje de la sal es del 24%

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Tampones fisiológicos: ÁCIDO FOSFÓRICO.El ácido fosfórico (H3PO4), además de formar parte de numerosos

compuestos orgánicos (ácidos nucleicos, fosfolípidos, azúcares, etc.) también se encuentra en forma libre, aunque en pequeña proporción. La concentración de iones fosfato en el plasma sanguíneo es de unos 2 mEq/litro. El ácido fosfórico tiene tres protones disociables según las reacciones:

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Tampones fisiológicos: ÁCIDO FOSFÓRICO. Cada forma, molecular o iónica actúa como ácida

respecto a la que tiene a su derecha y como básica respecto a la que tiene a su izquierda. Se pueden establecer, por tanto, tres equilibrios de disociación, cada uno con una constante característica a 25ºC.

K1= 5,7 x 10-3 (pK1= 2,2) K2= 6,2 x 10-8 (pK2= 7,2) K3=2,2 x 10-13 (pK3=12,7) Estos valores indican que el primer H+ se

desprende con facilidad aún a pH ácido (a pH=2,1 la mitad del H3PO4 se ha disociado para formar H2PO4

-), lo que quiere decir que el H3PO4 es un ácido moderadamente fuerte.

El pK de la segunda disociación (7,2) es el más próximo al pH del medio interno y por lo tanto, es esta segunda disociación la que tiene lugar reversiblemente en el medio interno, y la que posee acción amortiguadora (figura inferior izquierda). El tercer H+ se disocia en medio muy alcalino (pH=12,7), y por tanto no tiene interés biológico.

A la temperatura del organismo, y teniendo en cuenta la fuerza iónica del plasma en condiciones fisiológicas ordinarias, se acepta generalmente el valor de 6,8 para el pKa de la segunda ionización del fosfato.

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Tampones fisiológicos: ÁCIDO CARBÓNICO - BICARBONATO.En los animales con pulmones, el

sistema amortiguador carbónico/bicarbonato es especialmente efectivo. En estos animales, el H2CO3 del plasma sanguíneo está en equilibrio con el CO2 gaseoso presente en el espacio aéreo de los pulmones, lo que supone una reserva prácticamente ilimitada de CO2 que puede participar en el equilibrio. En este sistema tampón tienen lugar 3 equilibrios reversibles entre el CO2 gaseoso de los pulmones y el bicarbonato disuelto en la sangre.

el sistema respiratorio permite controlar la presión parcial de CO2 en los pulmones

los riñones permiten ajustar la [HCO3-] en el plasma

El pH normal de la sangre se sitúa entre 7,35 y 7,45, lo que corresponde a una [H+] en torno a 40 nM. Como el pK del tampón bicarbonato es 6,1, bastante alejado del pH normal de la sangre, su eficacia amortiguadora es muy reducida. Sin embargo, su importancia fisiológica es enorme ya que:

REGULACIÓN DEL pH DE LA SANGRE

Cambios en la frecuencia respiratoria corrigen desviaciones del pH

HIPOVENTILACIÓN

HIPERVENTILACIÓN

SISTEMA RESPIRATORIO

El aparato respiratorio tiene quimiorreceptores sensibles a la concentración de H+ ubicados en el bulbo raquídeo, en la aorta y en la bifurcación de las carótidas:La acidemia @ estos receptores y provoca un de la actividad ventilatoria, lo que produce PCO2. La PCO2 en los pulmones descenderá, y disminuye la cantidad de CO2 disuelta en sangre. El cociente HCO3/CO2 aumentará, al igual que su logaritmo y el pH, con lo que se corrige la acidemia .La alcalemia provoca una menor ventilación, con lo que la presión parcial de CO2 en los pulmones aumentará y habrá más CO2 disuelto en la sangre. El cociente HCO3

-/CO2 disminuirá, al igual que el pH, con lo que se corrige la alcalemia.

Cambios en la frecuencia respiratoria corrigen desviaciones del pH

HIPOVENTILACIÓN

HIPERVENTILACIÓN

SISTEMA RENAL

Cuando la variación del pH es de origen respiratorio, este aparato no puede servir para compensar la alteración. Los riñones también contribuyen a corregir los cambios en el pH a través de diversos mecanismos:es capaz de excretar los excesos de HCO3

- o de reabsorber el HCO3- filtrado, si fuese

necesario es capaz de excretar H+ en forma de H2PO4-y de NH4

+ durante este proceso se genera nuevo HCO3

- lo que permite reemplazar el que se ha consumido. La acidemia estimula la excreción de H+ y la retención de bicarbonato a nivel renal. La alcalemia tiene el efecto contrario. Estas funciones compensatorias son lentas. Por lo tanto, el riñón es un mecanismo de compensación a largo plazo (entre 12 y 72 horas), incapaz de reaccionar ante cambios bruscos en la [H+].

PH PH

METABO

LICARESPITATO

RIA

HCO3

pCO2

HCO3

pCO2

pCO2

pCO2

HCO3

HCO3

Acidosis Alca

losi

s

Acidosis respiratoria

Si contenemos la respiración, PCO2 en los pulmones y la cantidad de CO2 que se disuelve en sangre. El cociente HCO3

-/CO2 disminuirá, al igual que su logaritmo, y el pH (figura de la derecha). Si el pH disminuye por debajo de 7,35 se provoca una acidosis respiratoria.La reducción del ritmo respiratorio se puede deber a:la administración de anestésicos o barbitúricosenfermedades como la bronquitis crónica o el enfisema pulmonarenfermedades que afectan a los músculos implicados en la respiraciónapneas (pesca submarina)La compensación renal, consiste en un aumento en la secreción de H+ y en la reabsorción del HCO3

-plasmático. Esta compensación suele ser parcial y no es inmediata, sino que tarda entre dos y tres días.

Acidosis Metabólica

ACIDOSIS METABÓLICA

ALCALOSIS METABÓLICA

HIPERVENTILACIÓN

La acidosis metabólica consiste en un aumento de la [H+] en la sangre. Las causas pueden ser diversas:la ingestión directa de ácidos (aspirina), la práctica de deporte (genera ácido láctico)el metabolismo excesivo de las grasas genera cetoácidos (en diabéticos o en condiciones de ayuno), la pérdida de bicarbonato (diarreas), insuficiencia renal (no se eliminan H+ o no se recupera HCO3

-)

Compensación mediada por el sistema respiratorioEl equilibrio de ionización del ácido carbónico se desplaza hacia la izquierda (flechas de color rojo en la figura inferior), aumentando la [H2CO3] y la [CO2] disuelto en el plasma. Este aumento se traduce en un aumento de la presión parcial del CO2 gaseoso en los pulmones. Este exceso de CO2 se elimina fácilmente aumentando la frecuencia respiratoria. Si forzamos la respiración, la presión parcial de CO2 en los pulmones descenderá, y con ella la cantidad de CO2 que se disuelve en sangre. El cociente HCO3

-/CO2aumentará, al igual que su logaritmo y con él, el Ph.

Acidosis Metabólica

ACIDOSIS METABÓLICA

ALCALOSIS METABÓLICA

HIPERVENTILACIÓN

Acidosis MetabólicaEn el riñón se estimula la secreción de H+ y la reabsorción de HCO3

-

Alcalosis Respiratoria

Si forzamos la respiración, PCO2 en los pulmones y la [CO2] disuelta en sangre. El cociente HCO3

-/CO2 aumentará, al igual que su logaritmo, y el pH. Si el pH aumenta por encima de 7,35 se provoca una alcalosis respiratoria, La hiperventilación se puede deber a:•estados de ansiedad, estrés emocional, dolor, fiebre, hipotensión, embarazo •insufuciencia hepática•en alta montaña, la falta de oxígeno provoca una hiperventilaciónLa compensación renal, consiste en una disminución en la secreción de H+ y en una disminución en la reabsorción del HCO3

- plasmático. Esta compensación no es inmediata (tarda entre dos y tres días), pero es bastante eficaz, ya que la disminución del HCO3

- restablece los valores normales de pH.

Alcalosis Metabólica

ALCALOSIS METABÓLICA

ACIDOSIS RESPIRATORIA

CONTENEMOS LA RESPIRACIÓN

La alcalosis metabólica consiste en una disminución de la [H+] en la sangre. Las causas pueden ser diversas:pérdida de ácidos gástricos (vómitos)ingestión de álcali, bicarbonato o de antiácidos para facilitar la digestión, abuso de diuréticos (se retiene un exceso de HCO3

- y se pierden K+ y, H+)

Alcalosis MetabólicaCompensación mediada por el sitema respiratorioAl disminuir la [H+] el equilibrio de ionización del ácido carbónico se desplaza hacia derecha (flechas de color azul en la figura inferior), aumentando la disociación del H2CO3. Al disminuir la [H2CO3], el CO2disuelto en el plasma se combina con el agua para formar H2CO3. La disminución del CO2 disuelto en la sangre provoca que el CO2 en estado gaseoso en los pulmones se disuelva en el plasma para restablecer el equilibrio. Se puede evitar que disminuya la presión parcial del CO2 en los pulmones mediante una disminución de la frecuencia respiratoria. Si contenemos la respiración, la presión parcial de CO2 en los pulmones aumentará, y con ella la cantidad de CO2 que se disuelve en sangre. El cociente HCO3

-/CO2disminuirá, al igual que su logaritmo, y el pH descenderá.

ALCALOSIS METABÓLICA

ACIDOSIS RESPIRATORIA

CONTENEMOS LA RESPIRACIÓN

Compensación mediada por los riñonesEn el riñón se reducen tanto la secreción de H+ como la reabsorción de HCO3

-. El exceso de HCO3- se elimina en la orina.

Alcalosis Metabólica