Soluciones reguladoras I Clase 1825 de Abril de 2005

Dra. Marisa RepettoCatedra de Qumica General e Inorganica

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.

Efecto de ion comnQue pasa cuando se disuelven dos compuestos diferentes?

H2O CH3-COONa Na+ + CH3-COO- CH3-COOH H+ + CH3-COO-

La reaccin se desplaza hacia la izquierda y el pH aumenta.

Se hace menos cida .

Sistema cido dbil- sal

NaAc Na+ + Ac-

H2O + HAc H3O+ + Ac-

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

[H3O+ ] = Ka . [HAc] / [Ac-]

Ecuacin de Henderson- HasselbalchAplicando logaritmos y multiplicando por (-1), resulta:

- log [H3O+ ] = - log Ka - log [HAc] + log [Ac-]

[Ac-] pH = pKa + log ________ [HAc]

[HA] > = a 0,1 M

se desprecia la ionizacin y la hidrlisis de la sal

[Sal] pH = pKa + log ________ [cido]

[base de Lewis] pH = pKa + log [cido de Lewis]

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

Sistema Base dbil - Sal

Mezcla de amonaco / cloruro de amonio en agua; el equilibrio inico ser:

NH4Cl NH4+ + Cl-

NH3 + H2O NH4+ + OH- La solucin ser menos bsica.

El ion comn inhibe la ionizacin de la base

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 ]

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 reguladoras

1. 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 Na+ + Ac- HAc H+ + Ac-

[Sal] pH = pKa + log ________ [cido] Si aumenta [H+] aumentan los moles de cido disminuyen los moles de sal disminuye pHSi aumenta [OH-] disminuyen los moles cido aumentan los moles de sal aumenta el pH

2-Sistema base dbil / sal :

NH4Cl NH4+ + Cl- NH3 + H2O NH4+ + OH-

[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 Salino

Estn constituidos por dos sales de un cido poliprtico (por ejemplo H3PO4), con distinto grado de sustitucin. Se considera a la sal: ms sustituida como salmenos sustituida como cido

Ejemplo: Sea el sistema NaH2PO4 / K2 HPO4 .

NaH2PO4 ser el cido K2 HPO4 ser la sal

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 Na+ + H2PO4-K2 HPO4 2K+ + HPO42- iones derivados del H3PO4

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

Soluciones amortiguadoras reguladoras

H2PO4- H+ + HPO42- Ka2 =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 queconstituyen el buffer.

Efecto de ion comn

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 entonces pH = pKa [cido]

[sal] = 1 entonces pOH = pKb [base]

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 1 o pOH = pKb 1

Principales soluciones reguladoras del organismoSistema carbonato/ bicarbonato: Na2CO3 / NaCO3-Sistema fosfatos: Na2HPO4 / NaH2PO4Sistema de las protenas

Vaso capilarEritrocitoPulmonesO2 + HHbH+ + HCO3-H2CO3CO2 + H2OACO2CO2HCO3-Plasma

que no sea txica

que se metabolice rpidamente

que exista en forma habitual en el organismo

en que forma farmacutica se utilizar Eleccin de la solucin reguladoraCriterios a utilizar:

Algunas soluciones reguladoras de inters farmacuticoBuffer acetato se utiliza en preparaciones oftlmicas (sales de plata)

Algunas soluciones reguladoras de inters biolgicoConsiderar con que sistema biolgico se va a trabajar:Medio extracelular:NaCl 120 mM fosfatos 30 mMMedio intracelular:KCl 120 mM fosfatos 30 mM

BIBLIOGRAFAAtkins P.W, Jones L. Qumica . 3ra edicin. Ed Omega. 1999.

Chang R. Qumica. 6ta edicin. Ed Mc. Graw Hill. 1999.

Whitten K.W.; Davis R.E.; Peck M.L. Qumica General . 5ta edicin. Ed. Mc. Graw Hill. 1998.