Tampones ácido-base: Cálculo del pH de una solución tamponada

Amortiguadores

Tu sangre tiene un pH de 7,4. Mantener constante el pH de su sangre es muy importante para su salud. Si su pH sanguíneo se vuelve demasiado bajo, por debajo de 7.35, tiene acidosis. Si el pH de su sangre es demasiado alto, superior a 7,45, tiene alcalosis. Los síntomas de la acidosis incluyen convulsiones, palpitaciones del corazón, dificultad para respirar, pérdida del conocimiento y coma. Como puede ver, probablemente no desee acidosis. Su cuerpo controla el pH de su sangre mediante el uso de soluciones tampón.

Un tampón es una solución que contiene cantidades iguales de un ácido débil y su base conjugada o una base débil y su ácido conjugado. Una solución tampón funciona porque evita que el pH de una solución cambie mucho. El HX es el ácido. La X- es la base conjugada. Una ecuación de amortiguación hecha de las dos es: H X + H 2 O ↔ H 3 O + + X –

Si agrega una base a esta solución tamponada, la base reacciona con el H 3 O + y lo elimina de la solución. Si recuerda el principio de Le Chatelier, dice que el equilibrio se desplazará hacia la derecha para ajustarse y producir más H 3 O + . Esto evita que el pH cambie demasiado, lo que lo ‘amortigua’. Si usted hubiera añadido un ácido, que se habría unido con el X – para hacer H X . La reacción se habría desplazado hacia la izquierda.

La expresión de la constante de equilibrio es Ka = [H 3 O + ] [ X – ] / [H X ]

La expresión constante de equilibrio

pH de una solución tampón

Para calcular el pH de una solución tampón, la ecuación es pH = -log (Ka). Ya ha visto estas ecuaciones antes, por lo que para calcular el pH de una solución tamponada cuando se agrega un ácido o una base, debe seguir los pasos que ha aprendido antes. El problema de estas reacciones es que las concentraciones de [H + ] y [OH – ] ya no son iguales.

Ejemplo:

Mira la ecuación CH 3 COOH ↔ CH 3 COO – + H +

Ka = [CH 3 COO -] [H + ] / [CH 3 COOH]

Suponga que tiene una solución de ácido acético 0.25 M, CH 3 COOH y acetato de sodio 0.6 M, C 2 H 3 NaO 2 , que es su base conjugada. El ácido acético está en equilibrio, pero el [CH 3 COO – ] no es igual a [H + ].

Sin embargo, lo que puede suponer es que el ácido débil, que en este caso es el ácido acético, apenas se disociará. En este caso, el [CH 3 COO – ] es el mismo que la concentración inicial de acetato de sodio, o 0,6 M. El Ka para el ácido acético es 1,76 x 10 -5 . Podemos resolver para [H + ].

Ka = [CH 3 COO – ] [H + ] / [CH 3 COOH]
1,76 x 10-5 = (0,6 M) [H + ] / (0,25 M)
[H + ] = 7,33 x 10-6
pH = – log [H +]
pH = -log (7.33 x 10 -6 )
pH = 5.13

Esta ecuación se utiliza para calcular el pH en una solución tampón.

pH de una solución tampón cuando se agrega ácido

Ejemplo:

Una solución de 1 L de ácido acético 0,5 M y acetato de sodio 0,5 M (base conjugada del ácido acético, que es CH 3 COO – ) tiene 0,01 moles de HCl añadidos. El aumento de volumen es insignificante.

CH 3 COOH ↔ CH 3 COO – + H +

Antes de agregar el HCl, el Ka de la solución de ácido acético era 1.76 x 10 -5 , por lo que el pH de la solución era 4.75 de la fórmula pH = -log (Ka)

Se añadieron 0,01 moles de HCl, que se descompone en H + + Cl – . Los protones añadidos del HCl se combinan con el ion acetato, CH 3 COO-, para formar más ácido acético, CH 3 COOH. Puede suponer que todos los protones se han agotado, por lo que la nueva cantidad de concentración es:
[CH 3 COOH] = 0.5 + 0.01 = 0.51 M
La nueva concentración de iones acetato es menor, porque algunos de los iones acetato se combinaron para hacer el acético ácido.
[CH 3 COO-] = 0,5 – 0,01 = 0,49
Ka = [CH 3 COO -] [H + ] / [CH 3 COOH]
1,76 x 10 ^ -5 = (0,49) [H + ] / (0,51)
[H+ ] = 1,83 x 10 ^ -5 M
pH = -log [H +]
pH = 4,73

Entonces, debido a que había un tampón, el pH solo cambió de 4.75 a 4.73.

Resumen de la lección

Un tampón es una solución que contiene cantidades iguales de un ácido débil y su base conjugada o una base débil y su ácido conjugado. Una solución tampón funciona porque evita que el pH de una solución cambie mucho.

En la ecuación: H X + H 2 O ↔ H 3 O + + X – , si se agrega una base a esta solución tamponada, la base reacciona con el H 3 O + y lo elimina de la solución y el equilibrio se desplazará a la derecha. para ajustar y hacer más del H 3 O +. Esto evita que el pH cambie demasiado, lo que lo ‘amortigua’. Si se añade un ácido, la reacción se habría desplazado a la izquierda y de la X – habría combinado para hacer H X .

Los resultados del aprendizaje

Después de ver esta lección, podrá:

• Definir tampón y explicar la importancia de un tampón para mantener el pH de la sangre
• Explicar cómo calcular el pH de una solución tampón.
• Describa lo que sucede cuando agrega una base o un ácido a una solución tamponada