Soluciones Amortiguadoras o Buffers

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Acids

Acids = Bases

Acids > Bases

Acids

Fuente: Chemistry, The Central Science, 11th edition

Theodore L. Brown; H. Eugene LeMay, Jr.; and Bruce E. Bursten

BUFFERS

Mezcla de un ácido y su base conjugada.

Solución de Buffer resiste cambios en el pH

cuando se añaden ácidos o bases o cuando hay

una disolución.

Mezclan:

A moles de acido débil + B moles de base conjugada.

Encontrar:

• moles de ácido que permanecen cercanos a A, y

moles que permanecen cercanos a B

Hay poca reacción.

HA H+ + A- Principio de Le Chatelier

¿Por qué un buffer resiste a cambiar el pH cuando

se añaden pequeñas cantidades de un ácido o base

fuerte?

El ácido o base son consumidos

por A- o HA respectivamente

A buffer tiende a resistirse a cambiar de pH.

Buffer después de adicionar

H3O+

Buffer con iguales concentraciones de ácido y base

conjugada

Buffer después de adicionar OH

FUNCIONAMIENTO DE UN BUFFER O AMORTIGUADOR

Como trabaja un buffer

Considerar que se añade H3O+ o OH- al agua químicamente pura

y también a un buffer

Para 0.01 mol H3O+ a 1 L agua:

[H3O+] = 0.01 mol/1.0 L = 0.01 M pH = -log([H3O

+]) = 2.0

Entonces , el cambio en el pH de agua pura : DpH = 7.00 – 2.00 = 5.0

Para el sistema H2CO3- / HCO3

- :

pH del buffer = 7.38

Adición de 0.01 mol H3O+ cambia pH a 7.46

Entonces el cambio en el pH del buffer: DpH = 7.46 – 7.38 = 0.08 !!!

Como trabaja un buffer

EJEMPLO PRACTICO

Considerar un buffer hecho de ácido acético y acetato de sodio:

CH3COOH(aq) + H2O(l) CH3COO-(aq) + H3O

+(aq)

Ka = o [CH3COO-] [H3O

+]

[CH3COOH]

[CH3COOH]

[CH3COO-] [H3O

+] = Ka x

Como trabaja un buffer.

Dicho buffer contiene 0.25 mol de acido acético y 0.25 mol de

acetato de sodio por litro de solución.

a) Determinar el pH del buffer.

b) Determine el pH después de que 1.00 mL de HCl concentrado

(12.0 M) es añadido al buffer?

c) ¿Cuál sera el pH de 300.00 mL de agua pura si el mismo ácido

es añadido?

d) ¿Cuál será el pH del buffer después de que se le añade 1.00 mL de

NaOH concentrado (12.0 M) ?

e) ¿Cuál será el pH de 300.00 mL de agua pura si la misma base es

añadida ?

Como trabaja un buffer.

a) pH = -log[H3O+] = -log(1.8 x 10-5) = pH = 4.74 antes de añadir ácido!

[H3O+] = Ka x = 1.8 x 10-5 x

[CH3COOH]

[CH3COO-] (0.25)

(0.25) = 1.8 x 10-5

Solucionario:

a) Tanto el ácido como la base conjugada tienen la misma

concentración ,entonces:

Como trabaja un buffer

b) Después de que el ácido es añadido al buffer :

Conc. (M) CH3COOH(aq) + H2O(aq) CH3COO- + H3O+

Inicial 0.250 ---- 0.250 0

Cambio +0.012 ---- -0.012 0.012

Equilibrio 0.262 ---- 0.238 0.012

Resolviendo para la cantidad ionizada:

Inicial 0.262 ---- 0.238 0

Cambio -x ---- +x +x

Equilibrio 0.262 - x ---- 0.238 + x x

Asumiendo: 0.262 - x = 0.262 & 0.238 + x = 0.238

pH = -log(1.982 x 10-5) = 5.000 - 0.297 = 4.70 Después de que el ácido es añadido!

Conc. (M) CH3COOH(aq) + H2O(aq) CH3COO- + H3O+

[CH3COOH]

[CH3COO-] [H3O

+] = Ka x =1.8 x 10-5 x (0.262)

(0.238) = 1.982 x 10-5

Como trabaja un buffer

c) 1.00 mL conc. HCl 12M

• 1.00 mL x 12.0 mol/L = 0.012 mol H3O+

Añadido a 300.00 mL de agua :

0.012 mol H3O+

301.00 mL soln. = 0.0399 M H3O

+ pH = -log(0.0399 M)

pH = 1.40 sin buffer!

Como trabaja un buffer

d) Añadimos 1.0 mL de una base concentrada 12.0 M NaOH a nuestro

buffer , y entonces veremos lo que sucede:

: 1.00 mL x 12.0 mol OH-/1000mL = 0.012 mol OH-

Este reducirá la cantidad de ácido presente y forzará al equilibrio a

producir más ion hidronio para reemplazar lo que se ha neutralizado

por la adición de una base!

Conc. (M) CH3COOH(aq) + H2O(aq) CH3COO- + H3O+

Initial 0.250 ---- 0.250 0

Change - 0.012 ---- +0.012 +0.012

Equilibrium 0.238 ---- 0.262 +0.012

Asumiendo:

0.262 + x = 0.262 & 0.238 - x = 0.238

[H3O+] = 1.8 x 10-5 x = 1.635 x 10-5 0.238

0.262

pH = -log(1.635 x 10-5) = 5.000 - 0.214 = 4.79 Después que se añade base!

Como trabaja un buffer

e) Por adición de 1.00mL de base a 300.00 mL de agua pura se puede

encontrar la concentración del ion hidróxido:

301.00 mL

0.012 mol OH-

[OH-] = = 3.99 x 10-5 M OH-

La concentración del ion hidógeno es :

[H3O+] = = = 2.506 x 10-10

Kw

[OH-]

1 x 10-14

3.99 x 10-5 M

pH = -log(2.5 6 x 10-10) = 10.000 - 0.408 = 9.59 con 1.0 mL de

base en agua pura!

En resumen:

Buffer solo pH = 4.74

Buffer con 1.0 mL ácido pH = 4.70 Base sola, pH = 9.59

Buffer con 1.0 mL base pH = 4.79 Acido solo, pH = 1.40