Acerca de este experimento
La sangre, el agua de mar y muchos medicamentos deben mantener su pH casi constante, incluso cuando se añaden ácidos o bases. Lo consiguen con tampones: mezclas de un ácido débil y su base conjugada. Al añadir un poco de ácido fuerte, la base lo neutraliza; al añadir un poco de base fuerte, el ácido débil la neutraliza. Añade ácido y base gota a gota a un tampón y a agua pura, uno al lado del otro, observa los colores de los indicadores y descubre cuándo funciona bien un tampón y cuándo se agota.
Objetivos de aprendizaje
- Define un tampón como una solución que resiste los cambios de pH cuando se añaden pequeñas cantidades de ácido o base.
- Explica cómo un ácido débil y su base conjugada eliminan los iones H⁺ y OH⁻ añadidos.
- Calcula el pH de un tampón con la ecuación de Henderson-Hasselbalch.
- Explica cómo afectan la concentración y la proporción de base y ácido a la capacidad amortiguadora.
- Elige un par amortiguador para un pH objetivo usando su pKa.
Cómo usarlo
- 1Añade 1 mL de ácido cinco veces. Compara los cambios de pH en el tampón y en el agua.
- 2Pulsa «Start» de nuevo y añade 10 mL de base. ¿Cuánto cambia el pH en cada caso?
- 3Sigue añadiendo ácido hasta que el pH del tampón baje rápidamente. ¿Cuánto ácido se había añadido? Compáralo con los moles de base del tampón.
- 4Empieza de nuevo con una concentración de tampón de 0,02 mol/L y luego de 0,4 mol/L. ¿Cuál resiste mejor los cambios?
- 5Cambia la proporción de base y ácido a 1 : 4 y 4 : 1. Comprueba el pH inicial con pH = pKa + log([base]/[ácido]).
- 6¿Qué par amortiguador usarías para mantener una solución cerca de pH 7,4, como la sangre?
El modelo
Supuestos
- Cada vaso de precipitados contiene inicialmente 100 mL a 25 °C. Se añaden HCl 0,1 mol/L como ácido y NaOH 0,1 mol/L como base, y el volumen aumenta a medida que se agregan.
- Se utilizan concentraciones en lugar de actividades, y solo se incluye una etapa de disociación del ácido de cada par amortiguador (pKa 4,76, 7,21 y 9,25).
- El pH se obtiene resolviendo exactamente el balance de cargas, por lo que sigue siendo correcto cuando se agota el tampón. Se muestra el valor de Henderson-Hasselbalch para compararlo.
- El agua parte de un pH de 7,00: se ignora el dióxido de carbono disuelto procedente del aire.
Pruébalo en clase
- Q1¿Por qué añadir 1 mL de HCl 0,1 M cambia el pH del agua unas 4 unidades, pero el de un tampón solo alrededor de 0,01?
- Q2Un tampón contiene ácido etanoico 0,05 mol/L y etanoato de sodio 0,05 mol/L. ¿Cuál es su pH?
- Q3¿Por qué un tampón es más eficaz cuando las concentraciones de ácido y base son iguales?
- Q4Explique por qué diluir un tampón con agua apenas cambia su pH, pero sí reduce su capacidad amortiguadora.
- Q5El par ácido carbónico-bicarbonato mantiene la sangre cerca de un pH de 7,4. ¿Qué le ocurriría al pH de la sangre durante el ejercicio intenso si no existiera?
Preguntas frecuentes
¿Un tampón es lo mismo que una solución neutra?
No. Un tampón puede mantener cualquier pH cerca del pKa de su ácido débil. Un tampón de etanoato se mantiene cerca de un pH de 4,8 y un tampón de amoníaco, cerca de un pH de 9,3. Lo que lo convierte en un tampón es que el pH cambia muy poco, no cuál sea su valor.
¿Qué es la capacidad amortiguadora?
Es la cantidad de ácido o base fuerte que el tampón puede absorber antes de que su pH cambie de forma apreciable. Es máxima cuando el ácido y la base están en concentraciones iguales, y aumenta con la concentración total.
¿Por qué deja de ser válida la estimación de Henderson-Hasselbalch cuando se agota el tampón?
La ecuación requiere que estén presentes tanto el ácido como la base. Cuando uno de ellos ha reaccionado por completo, ya no se puede calcular el logaritmo y el pH queda determinado por el exceso de ácido o base fuerte.