¿Cómo controlan el PH los buffers?

Escrito por contributing writer | Traducido por mar bradshaw
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¿Cómo controlan el PH los buffers?
Los protones libres determinan el pH de una solución. (Brand X Pictures/Brand X Pictures/Getty Images)

Los buffers son químicos que, al ser agregados al agua, tienden a mantener cierto pH. Esto se debe a la habilidad del buffer tanto de donar como de aceptar protones (iones hidrógeno, H+) o grupos hidroxilo (OH-) para mantener el pH en cierto rango. Los buffers son diferentes de los ácidos y las bases fuertes ya que no donan todos sus protones o grupos hidroxilo dentro de su rango de amortiguación.

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Introducción

La medida del pH indica la concentración de iones de hidrógeno en una solución. El agua pura tiene un pH de 7.0 y presenta un balance parejo de iones de hidrógeno e iones de hidroxilo. El pH será más bajo si se agrega un ácido y más alto si se agrega una base. Para varios propósitos, es útil agregar un buffer para que el pH se mantenga constante aún si un ácido o una base son agregados a la solución. Los buffers se usan para mantener el pH constante.

Equilibrio buffer

Diferentes buffers actúan a diferentes niveles de pH. Un buffer es más eficiente en su función cuando el pH iguala a su constante de disociación del ácido, su pKa. A este valor de pH, el buffer consiste en una solución equilibrada de bases conjugadas protonadas y no protonadas. Esto se muestra a menudo por una molécula buffer teórica, AH, que se disocia en un protón, H+, y una base conjugada, A-. El pKa es determinado por el pH al cual la concentración de AH iguala a la concentración de A-.

Amortiguando ácidos

A su pKa, un buffer puede mantener constante el pH aceptando los protones libres. El agregado de ácido a la solución, tal como el HCl (ácido clorhídrico), provocará que los protones libres entren a la solución. La base conjugada aceptará los protones libres, causando que el pH permanezca sin cambio. La solución tendrá el mismo pH tanto tiempo como haya suficiente base conjugada para aceptar los protones libres. La reacción puede escribirse como la disolución del ácido: HCL -- H+ + Cl- que conduce a la aparición de H+ libres en la solución. La siguiente reacción con el buffer ocurre: H+ +A- --HA. Esto remueve los protones libres y el pH se mantiene.

Amortiguando bases

El agregado de una base tal como el hidróxido de sodio a una solución causará un aumento de la concentración de grupos hidroxilo. En una solución amortiguada, los protones unidos al buffer no disociado se donan a la solución, formando H2O con los hidroxilos libres. Esto contrarresta el efecto de la base y mantiene el pH de la solución tanto tiempo como haya buffer no disociado disponible. En este caso, la reacción puede escribirse como la disolución de una base: NaOH-- Na+ + OH- lo cual conduce a la segunda reacción de OH- + HA -- H2O + A-.

Diferentes tipos de buffers

Diferentes buffers tienen diferentes pKas y pueden ser usados para amortiguar soluciones con un gran rango de variación del pH. Los químicos usados como buffers a menudo tienen la habilidad de donar o aceptar múltiples protones o bases. Estos buffers por lo tanto tienen dos o más pKas diferentes en correspondencia con la cantidad de protones o hidroxilos por molécula que puedan donar o aceptar. Diferentes moléculas buffer pueden combinarse para formar rangos de buffers adecuados. Revisa los Recursos para una lista de buffers biológicos.

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