Soluciones buffer

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Equilibrio químico en disolución

Las reacciones transcurren hasta un estado de equilibrio químico en el cual la relación de concentración entre reactivos y productos es constante. Las expresiones de la constante de equilibrio son ecuaciones algebraicas que describen las relaciones de concentración entre reactivos y productos en el equilibrio químico. Tales relaciones permiten calcular lacantidad de analito que queda sin reaccionar cuando se alcanza el estado estacionario.
La relación de concentraciones en el equilibrio químico es independiente del camino como se haya llegado al estado de equilibrio. Además un sistema en equilibrio no se apartará espontáneamente de esta condición, a menos que se perturbe alguno de los factores que condiciona la situación de equilibrio. Estasperturbaciones pueden afectar a la temperatura, la presión o la concentración. Estos efectos pueden predecirse a partir del Principio de Le Chatelier que afirma que la posición del equilibrio químico siempre se desplaza en la dirección que tiende a compensar la perturbación producida. Un aumento de la temperatura altera la relación de concentraciones en la dirección que tiende a absorber calor, y unaumento de la presión favorece a los reactivos que ocupan un volumen total menor. El desplazamiento del equilibrio ocasionado por cambios de la cantidad de alguna de las especies participantes se denomina efecto de acción de masas.

Expresiones de la constante de equilibrio
La influencia de la concentración en la posición de un equilibrio químico se describe en términos cuantitativos en formaadecuada por medio de una expresión de la constante de equilibrio. Estas expresiones permiten predecir la dirección y la integridad de la reacción. Sin embargo, la expresión de la constante de equilibrio no da información sobre la velocidad a la que se alcanza el equilibrio.
aA + bB cC + dD


Tampón químico
Un tampón, buffer, solución amortiguadora o solución reguladora es la mezcla enconcentraciones relativamente elevadas de un ácido débil y su base conjugada, es decir, saleshidrolíticamente activas. Tienen la propiedad de mantener estable el pH de una disolución frente a la adición de cantidades relativamente pequeñas de ácidos o bases fuertes. Este hecho es de vital importancia, ya que solamente un leve cambio en la concentración de hidrogeniones en la célula puede producir un paro enla actividad de las enzimas.
Se puede entender esta propiedad como consecuencia del efecto ion común y las diferentes constantes de acidez o basicidad: una pequeña cantidad de ácido o base desplaza levemente el equilibrio ácido-base débil, lo cual tiene una consecuencia menor sobre el pH.1
Cada sistema buffer tiene su propio rango efectivo de pH, el cual dependerá de la constante de equilibriodel ácido o base empleado. Son importantes en el laboratorio y en la industria, y también en la química de la vida. Tampones típicos son el par amoníaco-catión amonio, ácido acético-anión acetato, anión carbonato-anión bicarbonato, ácido cítrico-anión citrato o alguno de los pares en la disociación del ácido fosfórico.

Mecanismo de actuación de las soluciones tampón
Para poder entender conclaridad el mecanismo que utiliza el organismo para evitar cambios significativos de pH, pondremos un ejemplo de actuación del tampón de más importancia en el organismo, el equilibrio de ácido carbónico (H2CO3) y bicarbonato (HCO3-), presente en el líquido intracelular y en la sangre. Como producto del metabolismo se produce CO2 que al reaccionar con las moléculas de agua produce ácido carbónico, uncompuesto inestable que se disocia parcialmente y pasa a ser bicarbonato según el siguiente equilibrio:
CO2 + H2O H2CO3 HCO3- + H+
Entonces, el bicarbonato resultante se combina con los cationes libres presentes en la célula, como el sodio, formando así bicarbonato sódico (NaHCO3), que actuará como tampón ácido. Supongamos que entra en la célula un ácido fuerte, por ejemplo, ácido...
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