Soluciones Amortiguadoras

PREPARACIÓN DE SOLUCIONES AMORTIGUADORAS. CÁLCULOS


Bogotá, D. C.,20 de abril de 2014


PALABRAS CLAVE: Soluciones amortiguadoras, soluciones reguladoras, soluciones buffer, acido débil-fuerte, base conjugada, rangos de pH, capacidad amortiguadora,

KEY WORDS: Buffer solutions, buffer solutions, buffer solutions, weak-strong acid, conjugate base, ranges of pH buffering capacity.

1.INTRODUCCIÓN

Esta práctica se basa principalmente en la comprensión de la composición, del uso que se le da y la forma de prepara una solución amortiguadora o solución buffer.
Una solución amortiguadora o buffer está constituida por un acido débil y su base conjugada esta composición le ayuda a que no presente cambios drásticos en el pH. Si se agrega una pequeña cantidad de OH- a una soluciónamortiguadora, el pH aumenta, aunque no mucho, porque el componente acido de la solución buffer neutraliza el OH- agregado, de una manera análoga si se adiciona una pequeña cantidad de H3O+ a una solución amortiguadora, disminuye el pH, pero tampoco mucho, porque el componente básico de la solución amortiguadora neutraliza el H3O+ agregado .Un ejemplo claro de solución buffer o amortiguadora es elacido acético (CH3COOH), en solución con su base conjugada, el ion acetato (CH3COO-) o con el acetato de sodio (CH3COONa) [1].

1.1 Funcionamiento de una solución buffer: Para una solución buffer el funcionamiento esta dado como: considérese un compuesto de un acido débil (HX) y una de sus sales (MX) donde M+ puede ser cualquier catión (Na, K, Al…). En el equilibrio de la disociación acida deesta solución amortiguadora participan el acido como su base conjugada.
HX (ac) H+ (ac) + X-(ac) (1)

La correspondiente expresión de la constante de acides es.
Ka=
Despejando de la ecuación [H+] se tiene

[H+]= Ka
Vemos en esta expresión que [H+], por lo tanto el pH esta dado por dos factores: por un lado el valorde la Ka del componente acido débil del amortiguador y por otro lado el cociente de las concentraciones del par conjugado acido-base [HX]/ [X-].
Si se agregan iones OH- en la solución amortiguadora reaccionan con el componente acido del amortiguador para formar agua y el componente básico (X-)

OH-(ac) + HX (ac) →H20 (l) + X-(ac) (2)

Esta reacción hace que [HX] disminuya yque [X-] aumente. Mientras las cantidades de HX y X- sean grandes en comparación con la cantidad de OH- agregada, la razón [HX]/ [X-] no cambia mucho y, por tanto, el cambio de pH es pequeño.
Los amortiguadores resisten con más eficacia un cambio de pH en uno u otro sentido cuando la concentración de acido débil y su base conjugada son aproximadamente iguales [2].

1.2 Capacidad de unasolución amortiguadora: Dos características importantes de un amortiguador son su capacidad y su pH. La capacidad amortiguadora es la cantidad de ácido o de base que el amortiguador puede neutralizar antes que el pH comience a cambiar en grado apreciable. La capacidad amortiguadora depende de las cantidades de ácido y de base que el amortiguador contiene. El pH del amortiguador depende de la Ka del ácidoy de las concentraciones relativas del ácido y la base que constituyen el amortiguador. Si las concentración de la base y las concentraciones del acido son iguales entonces pH y pKa también serán iguales

[Base] = [acido] entonces pH = pKa

Puesto que los pares conjugados ácido-base comparten un ion común, para calcular el pH de un amortiguador se pueden hacer los mismosprocedimientos como se trata el efecto del ion común es decir:

Tomando el logaritmo negativo de ambos lados de la ecuación 2 tenemos

-log [H+] = -log (Ka )

-log [H+]= -log Ka – log

Dado que -log [H+]= pH y que -log Ka = pKa
Se tiene que:

pH= pKalog

pH= pKa + log (3)

En general se tiene:

pH= pKa + log

Donde [ácido] y [base] se refieren a las...