Ácidos débiles, bases débiles y tampones

Ácidos y bases fuertes y débiles

Al menos el 60% del ser humano promedio está hecho de agua. Mucha de esa agua se puede encontrar en nuestra sangre y nuestra sangre es un 83% de agua. Es realmente importante que nuestra sangre tenga un pH de aproximadamente 7,4, que es un poco básico porque de lo contrario nos enfermamos mucho.

Es posible que recuerde que un ácido es un donante de iones de hidrógeno y aumenta la concentración de iones de hidrógeno en una solución mientras disminuye el pH de esa solución, y un ácido fuerte es un donante de hidrógeno, o ácido, que se disocia completamente en agua. Por ejemplo, el cloruro de hidrógeno se disocia del HCl, unidos entre sí, en un ion hidrógeno y un ion cloruro. Por otro lado, una base es un aceptor de iones de hidrógeno: reduce la concentración de iones de hidrógeno en una solución mientras aumenta el pH de esa solución. Una base fuerte es un aceptor de iones de hidrógeno que puede disociarse completamente en agua.

Ahora, sabemos que el agua tiene un pH de 7, lo que significa que su concentración de iones de hidrógeno en solución es 1 * (10 ^ -7) moles por litro. Entonces esto nos dice que se está produciendo alguna disociación del agua. El pH de la sangre es de aproximadamente 7,4 y debe permanecer allí para que no nos enfermemos. Dado que la mayor parte de nuestra sangre es agua, algo debe estar sucediendo para mantener el pH de nuestra sangre alrededor de 7.4.

Resulta que la razón por la que nuestra sangre puede mantener este pH y evitar que nos enfermemos son los ácidos débiles y las bases débiles . Estos son realmente importantes porque si todos los ácidos y bases fueran ácidos y bases fuertes, todos se disociarían por completo cuando entraran en el agua, y todos seguirían reaccionando entre sí. Además, los humanos serían solo una reacción ácido / base exotérmica gigante andante, y eso no sería bueno para nadie.

Ácidos y bases conjugados

Un ácido importante en la sangre es el ácido carbónico, H2CO3. El ácido carbónico puede disociarse en agua para dar iones de hidrógeno y carbonato de hidrógeno, HCO3-. En este caso, el ácido carbónico sirve como ácido para desprender iones de hidrógeno y dejar una base conjugada , que se obtiene al eliminar un ión de hidrógeno de un ácido en particular. De manera similar, el hidrogenocarbonato, que actúa como base, puede reaccionar con un ion hidrógeno para formar ácido carbónico, que es el ácido conjugado , que se forma al agregar un ion hidrógeno a una base.

La constante de acidez y pKa

La constante de acidez mide exactamente qué tan débil o fuerte es un ácido.

Ahora bien, no todos los ácidos débiles son exactamente iguales. Algunos ácidos débiles son más fuertes que otros, y hay una manera de medir esto, que se llama constante de acidez . Para una reacción particular en la que tenemos un ácido, en este caso lo llamaré HA, por lo que H es el ión de hidrógeno que va a ceder, puede disociarse, parcialmente, para dar algunos iones de A y algunos de hidrógeno. como sus productos. Para averiguar qué tan lejos ha llegado esta reacción, podemos tomar la concentración de iones de hidrógeno, multiplicarla por la concentración de A- y dividirla por la concentración de HA que aún queda en la solución. Esto nos da el Ka.

Ahora, si miramos la disociación del ácido carbónico, encontramos que su Ka es igual a la concentración de iones de hidrógeno, multiplicada por la concentración de carbonato de hidrógeno en la solución, dividida por la cantidad de ácido carbónico que todavía hay en la solución. A temperatura ambiente, encontramos que esto es 7,9 * (10 ^ -7). Ahora bien, estos números no son muy agradables a la vista. Entonces, de manera similar al pH, modificamos esto y tenemos algo llamado pKa, que es el logaritmo negativo de Ka. Entonces, en este caso, el pKa del ácido carbónico es 6.1, que está en el extremo más fuerte de las cosas. El agua tiene un pKa de 14, por lo que el ácido carbónico es considerablemente más ácido que el agua, lo cual no es ninguna sorpresa, dado que el agua tiene un pH neutro.

Tampones

Ahora, el ácido carbónico es un componente importante de la sangre y ayuda a regular su pH. Y podría preguntarse por qué estaría allí, ya que tiene un pKa de 6.1 y parece querer regalar muchos iones de hidrógeno. Resulta que el ácido carbónico es parte de lo que llamamos un sistema tampon . Y esto es algo realmente interesante sobre los ácidos y bases débiles, es que podemos poner un ácido débil y su base conjugada en una solución para crear una solución cuyo pH no cambiará cuando se agreguen pequeñas cantidades de ácido o bases.

El ácido carbónico, el fosfato de dihidrógeno y las proteínas son sistemas tampón que mantienen bajo control el pH de la sangre

Ahora, la sangre, que debe tener un pH de alrededor de 7,4, con un rango aceptable de 7,35 a 7,45, tiene tres sistemas de amortiguación para ayudar a mantenerla bajo control. El primero es este sistema tampón de carbonato del que ya hablamos. En la sangre, el ácido carbónico es el principal responsable de eliminar el ácido del medio ambiente, por lo que la base conjugada, el hidrogenocarbonato, es increíblemente importante. Reacciona con los iones de hidrógeno que se forman en nuestro cuerpo, por ejemplo, cuando hacemos ejercicio. Elimina estos iones de hidrógeno, reaccionando con ellos para formar ácido carbónico.

Este ácido carbónico puede viajar en nuestra sangre hasta los pulmones, donde puede disociarse en agua y dióxido de carbono, y luego el dióxido de carbono puede liberarse a la atmósfera a través de nuestros pulmones. Esta es una parte importante de la respiración y ayuda a mantener el pH de nuestra sangre.

Además del carbonato como sistema tampón en la sangre, las proteínas pueden actuar como tampones porque pueden aceptar y donar iones de hidrógeno. El otro sistema tampón importante en nuestra sangre es el sistema tampón fosfato. El tampón de fosfato es realmente bueno para disociarse cuando se agrega una base al sistema, para ayudar a aumentar la concentración de iones de hidrógeno para ayudar a mantener el pH de la sangre en aproximadamente 7,4. El pKa del fosfato de dihidrógeno es de aproximadamente 7,1.

Tener estos tres sistemas amortiguadores en nuestra sangre es increíblemente importante porque pueden trabajar juntos para mantener estable el pH de nuestra sangre. Los amortiguadores son realmente importantes en biología, en nuestros cuerpos y también en el laboratorio. En el laboratorio, los científicos usan tampones en sus experimentos biológicos para ayudar a crear para las células y proteínas los entornos que encuentran de donde vendrían naturalmente.

Resumen de la lección

En resumen, hemos aprendido que los ácidos liberan iones de hidrógeno y que pueden ser ácidos fuertes que se disocian completamente en agua o ácidos débiles que se disocian parcialmente. Hemos aprendido que las bases son sustancias que pueden aceptar iones de hidrógeno. Estas bases pueden ser bases fuertes , que se disocian completamente, o bases débiles , que solo se disocian parcialmente. Hemos aprendido que el ácido conjugado de una base es la molécula que se forma cuando esa base ha aceptado un ion hidrógeno.

También hemos aprendido que la base conjugada de un ácido es la molécula que se forma cuando ese ácido ha desprendido un ion hidrógeno. Hemos aprendido que la sangre contiene tres importantes sistemas de amortiguación y hemos aprendido que la constante de acidez y el pKa pueden indicarnos qué tan fuerte o débil es un ácido. Un pKa más bajo es un ácido más fuerte.

Resultado de aprendizaje

Después de ver esta lección, debería poder:

• Comparar ácidos y bases fuertes y débiles en relación con la sangre humana.
• Definir ácidos y bases conjugados
• Interpretar cómo la constante de acidez y el pKa juegan un papel en qué tan fuerte o débil es un ácido.