Post on 29-Jul-2015
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Soluciones reguladoras
Definiciones
Evaluación de capacidad amortiguadora
Las soluciones reguladoras de pH son aquellas que admiten la adición de cantidades moderadas de ácido o de base sin modificar significativamente su valor de pH
Su importancia radica en procesos químicos, biológicos y fisiológicos donde se requiere mantener el pH del medio dentro de un rango muy limitado, por ejemplo en reacciones enzimáticas.
Se pueden considerar dos tipos de soluciones amortiguadoras:
Soluciones de ácidos o bases fuertes a concentraciones relativamente elevadas
Soluciones que contienen un ácido débil y su base conjugada en concentraciones semejantes (equiparadas)
¿cuál es la variación de pH de 100 ml de agua cuando se adiciona 0,1 ml de NaOH 0,01 M y cuál es la variación si se adiciona 0,1 ml de HCl 0,01 M?
¿cuál es la variación de pH de 100 ml de una solución de HCl 1,0 M cuando se adicionan 0,1 ml de NaOH 0,01 M y cuál es la variación si se adicionan 0,1 ml de HCl 0,01 M?
¿cuál es la variación de pH de 100 ml de una solución de HCl 0,1 M cuando se adicionan 0,1 ml de NaOH 0,01 M y cuál es la variación si se adicionan 0,1 ml de HCl 0,01 M?
¿qué observaciones se pueden hacer sobre estos sistemas?
pH= -log [(Vácido·Cácido – Vbase·Cbase) ]
Vácido + Vbase
¿cuál es la variación pH de 50 ml de una mezcla de ácido acético 0,15 M y acetato de sodio 0,15 M si se adicionan 10 ml de HCl 0,01 M y cuál es el pH de esta solución si se adicionan 10 ml de NaOH 0,01 M?
CH3COOH + CH3COONa + HClVi·Ci 50 ml*0,15 M 50 ml *0,15 M 10 ml*0,01 M
mmol iniciales 7,5 mmol 7,5 mmol 0,1 mmol
mmol finales 7,6 mmol 7,4 mmol 0 mmol
pH = 4,75 + logBase conjugada
= 4,75 + logVbc·Cbc ± X
Ácido Va·Ca ± X
CH3COOH + CH3COONa + NaOHVi·Ci 50 ml*0,15 M 50 ml *0,15 M 10 ml*0,01 M
mmol iniciales 7,5 mmol 7,5 mmol 0,1 mmol
mmol finales 7,4 mmol 7,6 mmol 0 mmol
X = [H3O+] ó [OH-]
¿cuál es la variación pH de 50 ml de una mezcla de ácido acético 0,05 M y acetato de sodio 0,15 M si se adicionan 10 ml de HCl 0,01 M y cuál es el pH de esta solución si se adicionan 10 ml de NaOH 0,01 M?
CH3COOH + CH3COONa + HClVi·Ci 50 ml*0,05 M 50 ml *0,15 M 10 ml*0,01 M
mmol iniciales 2,5 mmol 7,5 mmol 0,1 mmol
mmol finales 2,6 mmol 7,4 mmol 0 mmol
CH3COOH + CH3COONa + NaOHVi·Ci 50 ml*0,05 M 50 ml *0,15 M 10 ml*0,01 M
mmol iniciales 2,5 mmol 7,5 mmol 0,1 mmol
mmol finales 2,4 mmol 7,6 mmol 0 mmol
pH = 4,75 + logBase conjugada
= 4,75 + logVbc·Cbc ± X
Ácido Va·Ca ± X
¿cuál es la variación pH de 50 ml de una mezcla de ácido acético 0,05 M y acetato de sodio 0,05 M si se adicionan 10 ml de HCl 0,01 M y cuál es el pH de esta solución si se adicionan 10 ml de NaOH 0,01 M?
CH3COOH + CH3COONa + HClVi·Ci 50 ml*0,05 M 50 ml *0,05 M 10 ml*0,01 M
mmol iniciales 2,5 mmol 2,5 mmol 0,1 mmol
mmol finales 2,6 mmol 2,4 mmol 0 mmol
CH3COOH + CH3COONa + NaOHVi·Ci 50 ml*0,05 M 50 ml *0,05 M 10 ml*0,01 M
mmol iniciales 2,5 mmol 2,5 mmol 0,1 mmol
mmol finales 2,4 mmol 2,6 mmol 0 mmol
pH = 4,75 + logBase conjugada
= 4,75 + logVbc·Cbc ± X
Ácido Va·Ca ± X
Capacidad reguladoraLa capacidad amortiguadora se define como la
cantidad molar de ácido o base fuerte que puede desplazar el pH de un litro de solución reguladora en una unidad. Cuantitativamente se simboliza con la letra griega β y se expresa mediante la ecuación:
β = 2,3[Base conjugada]*[ácido]
Ctotal
Esta ecuación corresponde a la primera derivada de la ecuación HH
¿Qué observaciones pueden hacerse de este experimento matemático?
CH3COOH + CH3COONa0,15 M 0,15 M
CH3COOH + CH3COONa0,05 M 0,15 M
CH3COOH + CH3COONa0,05 M 0,05 M
β = 2,3[Base conjugada]*[ácido]
Ctotal
¿cuál es la capacidad amortiguadora de las soluciones de ácido acético y acetato evaluadas anteriormente?
β = 2,3[0,15]*[0,15]
= 0,17250,15 + 0,15
β = 2,3[0,15]*[0,05]
= 0,08630,15 + 0,05
β = 2,3[0,05]*[0,05]
= 0,05750,05 + 0,05
El valor β de una solución reguladora se puede determinar experimentalmente midiendo la cantidad de una solución de un protolito fuerte que logra una variación ∆pH = 1 en una alícuota.
Experimentalmente podemos medir un β frente un ácido, adicionando un ácido fuerte hasta obtener ∆pH = -1 y un β frente a una base, adicionando una base fuerte hasta obtener ∆pH = +1
Esto es muy útil para evaluar la eficacia de una solución reguladora frente a ácidos y bases fuertes.
β =Vfuerte ·Cfuerte
Vsolución reguladora
Una solución reguladora fue evaluada adicionando a cada volumen de 25 ml una solución de HCl 0,1025 M y otra de KOH 0,0995 M respectivamente ¿cuál será su capacidad amortiguadora frente a ácidos fuertes si requieren 21,7 ml de HCl para cambiar el pH de 5,22 a 4,22 ? ¿cuál será su capacidad amortiguadora frente a bases fuertes si requieren 22,3 ml de KOH para cambiar el pH de 5,22 a 6,22 ?
β =Vfuerte ·Cfuerte
Vsolución reguladora
β =(21,7 ml) ·(0,1025 M)
= 0,08897 M25 ml
β =(22,3 ml) ·(0,0995 M)
= 0,088754 M25 ml
¿cuánto volumen de KOH 0,0995 M y de HCl 0,1025 M serán requeridos para para cambiar una unidad de pH en las soluciones de ácido acético y acetato de la diapositiva N° 9?
Al preparar una solución reguladora se ha de escoger el ácido más adecuado. Es recomendable uno con un pKa próximo al pH deseado.
Se desea preparar una solución reguladora 0,2 M que mantenga un pH de 7,1 ; de los siguientes sistemas propuestos ¿qué concentraciones de sus componentes serán requeridos y cuál sistema será más adecuado?
CH3COOH + CH3COONapKa = 4,758,89*10-4 M 0,1991 M
KH2PO4 + K2HPO4pKa = 7,21
0,1125 M 0,087 M
pH = pKa + logBase conjugada
Ácido
Para determinar las concentraciones utilizamos la ecuación HH
β = 2,3[8,89*10-4]*[0,1991]
= 0,00208,89*10-4 + 0.1991
β = 2,3[0,1125]*[0,087]
= 0,11310,1125 + 0,087
El sistema de fosfatos tiene un β mayor, es decir que podrá soportar mayor cantidad de moles de ácidos o bases fuertes que la mezcla de acetatos
La capacidad amortiguadora es un indicativo de la eficacia de las soluciones amortiguadoras, y será óptima en la medida que:
La concentración del ácido y la base conjugada utilizadas sea suficientemente alta
La proporción entre el ácido y la base sea lo mas equiparada posible
Se utilice un ácido con un pKa lo más cercano posible al pH deseado
Resumen
Para próxima clase:Investigar y estudiar sobre:• Preparación de soluciones
reguladoras• ¿Qué es normalidad?• Valoraciones volumétricas
ácido-base, redox, precipitación y complejométricas
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