soluciones reguladoras definiciones evaluación de capacidad amortiguadora curso de química básica...

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

Estar pendientes de su correo electrónico