Efecto ion comun. Soluciones reguladoras

Efecto de ion comnEn una reaccin qumica en equilibrio, la adicin de un compuesto que al disociarse produce un in comn con las especies qumicas en equilibrio, produce un desplazamiento del equilibrio denominado efecto del ion comn. comn.

Efecto de ion comnQue pasa cuando se disuelven dos compuestos diferentes? CH3-COONa CH3-COOH n H2O Na+ H+ q + CH3-COO+ CH3-COOo

La reaccin se desplaza hacia la izquierda y el pH aumenta. Se hace menos cida .

Sistema cido dbil- sal dbilNaAc p Na+ H2O + HAc + H 3O + Ac+ Ac-

[H3O+ ] . [Ac-] Ka = _______________ [ HAc ] Despejando la [H3O+] : [H3O+ ] = Ka . [HAc] / [Ac-]

Aplicando logaritmos y multiplicando por (-1), resulta: - log [H3O+ ] = - log Ka - log [HAc] + log [Ac-] [Ac-] pH = pKa + log ________ [HAc]

Ecuacin de HendersonHasselbalch

[HA] > = a 0,1 M se desprecia la ionizacin y la hidrlisis de la sal

[A-] pH = pKa + log ______ [AH]

[base conjugada] pH = pKa + log [cido de Bronsted] [base conjugada] pH = pK + log ________ [cido]

Sistema Base dbil - Sal Mezcla de amonaco / cloruro de amonio en agua; el equilibrio inico ser: NH4Cl NH3 + H2O NH4+ NH4+ o n La solucin ser menos bsica. El ion comn inhibe la ionizacin de la base + + ClOHq

p

NH3 +

H2O

NH4+

+

OH-

[HO-] . [NH4+] Kb = _______________ [NH3 ] Despejando [HO-], aplicando logaritmo y multiplicando por (-1), resulta [NH4+] pOH = pKb + log ________ [NH3 ] [Sal] pOH = pKb + log ________ [Base ]

NH4 + + H2O

NH3 + H3O +

[NH3] pH = pK NH4 + + log [NH4 + ]

[base conjugada] pH = pK + log ________ [cido]

Ecuacin de Henderson-HasselbachUtilizando el concepto de cido y base conjugada de Bronsted Acido: sustancia que puede donar un protn Base conjugada: sustancia que puede aceptar un protn HA (ac)cido de Bronsted

A- (ac) + H+ (ac)Base conjugada de Bronsted protn

Par conjugado

CH3-COOH (ac)cido de Bronsted

CH3-COO- (ac) + H+ (ac)Base conjugada de Bronsted protn

NH4 + (ac)cido de Bronsted

NH3 (ac) + H+ (ac)Base conjugada de Bronsted protn

H2O + H2Ocido Base conjugada de Bronsted de Bronsted

H3O + + OH cido conjugado de Bronsted Base conjugada

HA (ac)cido de Bronsted [H+] Ka = [HA] [H+] = Ka [HA] [A-] [A-]

A- (ac) + H+ (ac)Base conjugada de Bronsted protn

Aplicando logaritmos, separando Ka y multiplicando por 1 - log [H+] = - log Ka log [HA] [A-] [A-] pH = pKa + log [HA]

pH = pK + log

[base conjugada] [Acido de Bronsted]

Para el HAc/NaAc pH = pK + log Para el NH4+/NH3

[Ac-] [AH]

pH = pK + log

[NH3] [NH4+]

Para el H2PO4-/ HPO42-

pH = pK + log

[HPO42-] [H2PO4-]

Soluciones amortiguadoras reguladoras (buffer)La solucin tiene la capacidad de resistir los cambios de pH cuando se agregan pequeas cantidades tanto de cido como de base. cido dbil (suministra protones a una base fuerte) y su base conjugada (aceptar protones de un cido fuerte) Base dbil (acepta protones de un cido fuerte) y su cido conjugado (cede protones a una base fuerte)

Efecto de ion comn

Soluciones amortiguadoras reguladoras1. Sistema cido - Sal: Constituido por un cido dbil y una sal de ese cido y una base fuerte. Ejemplo: HAc / NaAc; HCN / NaCN.

2. Sistema Base - Sal: constituido por una base dbil y una sal de esa base con un cido fuerte. Ej.: NH3 / NH4Cl.

3. Sistema Salino: puede estar constituido por: * una sal monosustituida y otra disustituida de un cido poliprtico dbil (por ej. H3PO4) con una base fuerte. Ej.: NaH2PO4 / K2 HPO4 . * una sal disustituida y otra trisustituida del mismo cido. Ej.: K2HPO4 / Na3PO4 .

4. Anfolitos: son sustancias que tienen en su molcula grupos cidos y bsicos. Son generalmente molculas de sustancias orgnicas, como por ejemplo los aminocidos (glicina).

1-Sistema cido dbil / sal :NaAc HAc p Na+ + AcH+ + Ac[Sal] pH = pKa + log ________ [cido] Si aumenta [H+] aumentan los moles de cido disminuyen los moles de sal disminuye pH Si aumenta [OH-] disminuyen los moles cido aumentan los moles de sal aumenta el pH

2-Sistema base dbil / sal :NH4Cl NH3 + p H2O NH4+ NH4+ + + ClOH-

[Sal] pOH = pKb + log ________ [Base] Si aumenta [H+] aumentan los moles de sal disminuyen los moles de base disminuye pH, aumenta el pOH Si aumenta [OH-] disminuyen los moles sal aumentan los moles de base aumenta el pH, disminuye el pOH

3. Sistema SalinoEstn constituidos por dos sales de un cido poliprtico (por ejemplo H3PO4), con distinto grado de sustitucin. Se considera a la sal: ms sustituida menos sustituida p p como sal como cido

Ejemplo: Sea el sistema NaH2PO4 / K2 HPO4 . NaH2PO4 K2 HPO4 p p ser el cido ser la sal

H3PO4

H+

+

H2PO4-

[H+] . [H2PO4-] Ka1 = _____________ [H3PO4] Ka2 = [H+] . [HPO42-] _____________ [H2PO4-]

H2PO4-

H+ +

HPO42-

HPO42-

H+

+

PO43-

[H+] . [PO43-] Ka3 = _____________ [HPO42-]

cuyos valores son : Ka1 $ 1 .10-2, Ka2 $ 1 .10-7, Ka3 $ 1 .10-12 Cul es el valor de Ka que se deber seleccionar para calcular el pH del buffer?

Para responder esta pregunta debemos plantear las ecuaciones de ionizacin de las sales que forman el sistema buffer: En el ejemplo mencionado: NaH2PO4 K2 HPO4 Na+ 2K+ + + H2PO4HPO42iones derivados del H3PO4

y ver cul de las reacciones de equilibrio del cido dbil poliprtico, contiene las especies derivadas de l.

Soluciones amortiguadoras reguladorasH2PO4H+ + HPO42Ka2 =1 . 10-7

Siguiendo el razonamiento anterior: [Sal] [HPO42-] pH = pka + log ________ pH = pka + log ________ [cido] [H2PO4-] Conclusin : La constante que debe usarse es la que corresponde al equilibrio que involucra a las dos especies que constituyen el buffer.

Capacidad reguladora mxima y rango til de un buffer.Una solucin buffer tiene capacidad reguladora mxima, cuando la variacin del pH ante el agregado de una misma cantidad de iones protones o iones hidroxilo es mnima. [sal] = 1 [cido] [sal] = 1 [base] entonces entonces pH = pKa pOH = pKb

La capacidad reguladora disminuye a medida que nos alejamos de estas condiciones.

entre qu valores de pH puede un buffer actuar amortiguando el pH ante el agregado de H+ o de OH -? Relacin [sal] / [cido] o [sal] / [base] intervalo de 10 a 0,1, relacin comprendida entre: diez partes de sal a una parte de cido o base, o una parte de sal a diez partes de cido o base efecto amortiguador eficaz RANGO TIL DE UNA SOLUCIN REGULADORA.

Capacidad reguladora mxima y rango til de un buffer.Resumiendo: - Cuando la capacidad reguladora es mxima la relacin [sal] / [cido] o [sal] / [base] es igual a la unidad y en este caso: pH = pKa + log 1 = pKa o pOH = pKb + log 1 = pKb

- Cuando la razn [sal] / [cido] o [sal] / [base] es igual a 10, el pH ser: pH = pKa + log 10 = pKa + 1 pOH = pKb + log 10 = pKb + 1

- Cuando la razn [sal] / [cido] o [sal] / [base] es igual a 1/10, o sea 0,1: pH = pKa + log 0,1 = pKa - 1

pOH = pKb + log 0,1 = pKb - 1 Por lo que el rango til es el que corresponde a: pH = pKa s 1 o pOH = pKb s1

Principales soluciones reguladoras del organismo Sistema carbonato/ bicarbonato:

Na2CO3 / NaCO3-

Sistema fosfatos:

Na2HPO4 / NaH2PO4

Sistema de las protenas

Eleccin de la solucin reguladoraCriterios a utilizar:pque no sea txica pque se metabolice rpidamente pque exista en forma habitual en el organismo pen que forma farmacutica se utilizar