4.2 ÁCIDOS Y BASES, pH Y AMORTIGUADORES
Índice
Patricia Victoria Torres Durán
UNIDAD IV. ÁCIDOS, BASES, pH Y AMORTIGUADORES
CONTENIDO
OBJETIVOS DELA UNIDAD
EVALUACIÓNPREVIA
INSTRUCCIONES
Soluciones amortiguadoras y cálculo de su pH Aplicando la ecuación de Henderson-Hasselbach
GLOSARIO
CONOCIMIENTOS PREVIOS
EVALUACIÓN DEL APRENDIZAJE
BIBLIOGRAFÍA
CRÉDITOS
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para la Innovación y el Mejoramiento de la Enseñanza (PAPIME) PE208417
INSTRUCCIONES
• Cada tema tiene una preevaluación del contenido que se revisará.
• Sí contestas correctamente todas las preguntas, pasa al siguiente tema.
• Sí tuviste algún error, revisa el tema.
• El material se presentará en cuadros, cada uno estará constituido por la información que se considera clave. Al finalizar, se te pedirá que realices una actividad, ya sea contestar unas preguntas o resolver algunos problemas, las opciones de cada pregunta tienen una retroalimentación que encontrarás al hacer clic sobre las opciones de respuesta.
• Al final de cada unidad, encontrarás un glosario.
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EVALUACIÓN PREVIA
1 2 3 4 5
1. Un ácido se define como:
a. Aquella sustancia que oxida un metal.
b. Compuesto químico que al disolverse acepta protones.
c. Compuesto químico que al disolverse ceden protones.
d. Compuesto químico que al disolverse en agua cede iones hidroxilos.
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EVALUACIÓN PREVIA
1 2 3 4 5
2. El agua es una sustancia anfotérica porque:
a. Se puede comportar como un ácido o una base débil.
b. Se puede comportar como un ácido fuerte o una base fuerte.
c. Su molécula presenta un dipolo.
d. Su molécula no presenta cargas.
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EVALUACIÓN PREVIA
1 2 3 4 5
3. El valor de la constante de ionización del agua a 25º C es:
-14
a. 1.0 x 10 mol/L
-7
b. 1.0 x 10 mol/L
-5
c. 1.75 x 10 mol/L
-4
d. 1.58 x 10 mol/L
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EVALUACIÓN PREVIA
1 2 3 4 5
4. ¿Qué representa el pH?
a. Representa la concentración de iones hidrógeno en una solución.
b. Es el parámetro de medición de la acidez y alcalinidad de una solución.
c. Es el logaritmo negativo de la concentración de protones.
d. Todas las anteriores
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EVALUACIÓN PREVIA
1 2 3 4 5
5. Define de manera general, ¿qué es amortiguar?
a. Generar energía.
b. Contrarrestar una reacción.
c. Disminuir o hacer menos violenta la manifestación de una fuerza.
d. Conservar la agresión de una fuerza.
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CONOCIMIENTOS PREVIOS
Reacción química, equilibrio, velocidad de reacción, disoluciones y catalizadores.Deberás tener dominio de las funciones y operaciones base diez, los logaritmos y sus operaciones y nociones de geometría analítica
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OBJETIVOS DE LA UNIDAD
Definirá qué son los ácidos y las bases, el pH, las soluciones amortiguadoras, la ecuación de Henderson-Hasselbach y el concepto de pK. En esta unidad aprenderás a correlacionar el concepto de ácido y el concepto de básico con la bioquímica y/o con las ciencias biológicas.
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4.2 ÁCIDOS Y BASES, pH Y AMORTIGUADORES
INTRODUCCIÓN
¿Has probado alguna vez una paleta con chamoy con chile? ¿Has tomado sal de uvas con bicarbonato? ¿Qué sensaciones experi-mentas? o ¿has oído algo sobre la calidad del agua, o que la lluvia es ácida? ¿A qué se refiere?
Si consumes una variedad de productos con sensaciones salado, ácido, picoso, dulce, amargo, etc., etc., es porque la lengua lo percibe así por sus diferentes papilas.
La saliva contiene catalizadores (enzimas) que toleran concentraciones ácidas, así como alcalinas, es decir soporta cambios químicos bruscos que nos ayudan a hacer mejor la digestión para formar el bolo alimenticio.
En tu piel, podrás identificar diferentes sensaciones al contacto con jabón, acetona, cremas, algún medicamento, un perfume o loción, etc., esto también tiene relación con el grado de acidez o alcalinidad de los productos.
Por lo que en esta unidad comprenderás qué es el pH (acrónimo de potencial de hidrógenos) Los iones hidronio (H3O+ representa un H+ asociado con una molécula de agua) con carga positiva +1 serán los responsables de la acidez de ciertas mezclas y soluciones que están incluidas en los alimentos, productos industriales, etc. (pinturas, recubrimientos, selladores, etc.)
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4.2 ÁCIDOS Y BASES, pH Y AMORTIGUADORES
La siguiente ecuación describe el equilibrio de disociación del agua.
¿Pero qué es un ácido?
La teoría de Bronsted-Lowry dice que un ácido es un donador de protones (H+) y una base un aceptor de protones; Así los ácidos y las bases pueden ser fuertes o débiles dependiendo de su capacidad de donar los protones, por ejemplo, el HCl es un ácido fuerte y el NaOH es una base fuerte porque se disocian casi totalmente, mientras que el ácido acético un ácido débil y NH4OH una base débil que solo se disocian parcialmente.
Recordemos que, de acuerdo con esta teoría, el agua una sustancia anfotérica es decir se puede comportar como un ácido o una base débil en consecuencia, sólo una pequeña fracción de ésta se disocia en los iones que componen la molécula: H3O+ (ion ácido) y OH- (ion básico).
Referencia en: https://www.lifeder.com/ejemplos-de-ionizacion/
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4.2 ÁCIDOS Y BASES, pH Y AMORTIGUADORES
La constante de disociación de agua pura a una temperatura dada está definida por la siguiente expresión:
Es importante conocer la concentración de iones hidrogeno en el medio, porque esta influye en muchos procesos químicos y biológicos que se realizan en solución acuosa, y al ser tan pequeña su concen-tración fue útil establecer una escala logarítmica para expresarla, Sorensen 1909 definió el pH de una disolución como el logaritmo negativo de la concentración de iones H+.
La constante de ionización del agua o constante de equilibrio tiene un valor de:
Esto indica que en una solución neutra
o expresado en otra forma
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4.2 ÁCIDOS Y BASES, pH Y AMORTIGUADORES
De manera similar podemos definir pOH como el menos logaritmo de la concen-tración de iones OH- y
finalmente podemos conocer que tan ácida o que tan alcalina es una disolución, a mayor concentración de H+ su pH sera menor a 7 y por lo tanto, ácida; en la diso-lución basica la concentración de OH- es mayor y su pH sera mayor a 7, relación que se muestra en la siguiente tabla. Tabla 1: Concentración de los iones hidronio e hidroxilo en función del pH.
https://aguapuraysana.com/ventas/wp-content/uploads/ph-acido-alcalino.jpg
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4.2 ÁCIDOS Y BASES, pH Y AMORTIGUADORES
EJEMPLOS
1. Un pOH de 4 ¿corresponde, a una disolución alcalina o a una disolución ácida?
dado que:
Por lo tanto, corresponde a una disolución alcalina,
2.- Si conozco la concentración de [H+]=12.8x10 M de una muestra de orina y deseo obtener el pH, los pasos a seguir son: Aplicar la fórmula
-9
da como resultado 7.89, por tanto, el pH= 7.89, la muestra de orina es ligeramente alcalina. La suma del potencial de H+ más el potencial de OH es igual a 14,
por tanto, la muestra de orina, en cuestión, tendrá un pOH= 6.10.
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4.2 ÁCIDOS Y BASES, pH Y AMORTIGUADORES
SOLUCIONES AMORTIGUADORAS Y CALCULO DE SU pH
La ecuación de Henderson–Hasselbalch juega un papel muy importante en la enseñanza del equilibrio acido base, en la química analítica, en los problemas de titulación, en la comprensión de la ionización de la carga eléctrica de un polipéptido. Esta ecuación ha sido muy importante a lo largo de la historia de la química. La historia de esta ecuación comienza con el desarrollo de la escala de pH.
La ecuación es, por supuesto, la expresión de la ley de acción de masas (desde 1864 por Peter Waage y Cato Maximillian Guldberg), emitida en formato logarítmico, esta ecuación inmortalizó a estos dos científicos por Henderson- Hasselbalch.
Lawrence Joseph Henderson (1878-1942), na-tivo de Massachusetts, dedicó gran parte de su carrera temprana para el estudio de la sangre y su función respiratoria. Se sabía en ese momento que la sangre resiste los cam-bios de acidez y basicidad, pero la relación entre la composición amortiguadora y de los iones hidrógeno todavía no se había apreciado. En 1909, la palabra "puffer" en alemán se introdujo por primera vez en el léxico químico. Henderson publicó dos artículos en el American Journal of Physiology y en ellos pre-sentan un simple
fórmula que correlaciona [H+] y la composición de un tampón:
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4.2 ÁCIDOS Y BASES, pH Y AMORTIGUADORES
Hasselbalch, trabajó significativamente en la respiración infantil, pero fue la simple idea de emitir la ecuación de Henderson a una escala logarítmica que inmortalizó los nombres de él y Henderson en los anales de la química.
La ecuación de Henderson-Hasselbalch es la siguiente:
donde Ka es la constante de disociación del ácido débil, [H+] es la concentración de iones hidrógeno, A/HA es la relación del ácido base conjugado. Las primeras aplicaciones comenzaron con la reacción de disociación del ácido carbónico H2CO3 HCO3 + H y se define la constante para la disociación del ácido.
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4.2 ÁCIDOS Y BASES, pH Y AMORTIGUADORES
En la gráfica se podrá observar en el eje de la X, la concen-tración del ácido o de la base, dependiendo de lo que se esté titulando. En el de la Y, es el pH, donde se observa que, a mayor cantidad de base añadida, (a la derecha) el pH irá aumentando levemente sin haber un cambio brusco, llamándose zona de amortiguación. Las curvas de titulación permi-ten identificar el valor del pKa de ácidos y bases débiles.
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4.2 ÁCIDOS Y BASES, pH Y AMORTIGUADORES
Observando la gáfica anterior, se puede deducir que:
• El pH del sistema amortiguador depende de la proporción entre la sal y el ácido, es decir si tengo 60% base/40% de ácido. De aquí se deduce que, añadiendo agua al sistema, las concentraciones de sal y ácido disminuyen paralelamente, pero su cociente permanece constante, y el pH no cambia.
• El pH de una disolución amortiguadora depende de la naturaleza del ácido débil, tomar en cuenta su pK, de modo que para cantidades equimoleculares de sal y de ácido, el pH es justamente el pK de este ácido. ya que si: pH=pK+ log entonces, si dividimos 50/50 = 1 por lo tanto pH=pK+ log 1 y si log de 1= 0 finalmente tendremos que pH = pK
50mM de base
50mM de ácido
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4.2 ÁCIDOS Y BASES, pH Y AMORTIGUADORES
Aplicando la ecuación de Henderson-Hasselbalch
La concentración de CO2 se muestra en unidades de presión, por lo que se debe considerar la conversión a unidades de molaridad [CO2]= 0.03 PCO2, en donde la concentración de CO2 se expresa en mM, la PCO2 en milímetros de mercurio (mm Hg) y las unidades del factor de conversión son: mM· (mm Hg ). Así, la anterior ecuación de Henderson-Hasselbalch se transformaría en: pH = pK + log ([HCO3 ]/ (0.03 PCO2 ).
Al despejar la concentración del ácido carbónico se obtiene que en sangre es de 6.05 µM (6.05 x 10 M).
La concentración de este ácido es aproxima-damente tres órdenes de magnitud más pe-queña que la concentración de CO2 (1 mM). Si se sustituye la verdadera concentración de ácido carbónico en la ecuación de Henderson Hasselbalch sin cambiar el valor del pK de 6.1, se obtiene un resultado de 9.7 muy diferente al de la sangre que es 7.4. Sin embargo, si se utiliza el pK de 3.8 y las concentraciones de H2CO3 (6.05 µM) y HCO3 (24 mM), se obtiene que el pH es de 7.4. En resumen, para conocer el pH de la sangre, en la ecuación de Henderson-Hasselbalch se tiene que utilizar la concentración de dióxido carbono y no la del ácido carbónico.
-1
-6
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EVALUACIÓN DEL APRENDIZAJE
1 2
1.- ¿Qué significa la Kw?
a. Es la constante de equilibrio del agua.
b. Es la medida de concentración del agua.
c. Es la concentración de solutos disueltos en el agua líquida.
d. Todas las anteriores.
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EVALUACIÓN DEL APRENDIZAJE
1 2
2. Calcular el pH de una solución de HCl, si su concentración de iones H es igual a 0.0045 N.
a. 2.34
b. 1.0104
c. -2.34
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EVALUACIÓN DEL APRENDIZAJE
1 2
3. El pH promedio del mar es de 7.9 ¿cuál será la concentración de H+ en el mismo?
a. 6.1
-8
b. 1.25 x 10
c. 7.94 x 10
d. 1.25 x 10
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EVALUACIÓN DEL APRENDIZAJE
1 2
4. Calcula el pH y el pOH de una muestra de saliva con una concentración de
[H+]= 11.34 x 10 M.
-11
a. pH= 11.34 y pOH= 2.66
b. pH= 4.05 y pOH= 9.94
c. pH=9.94 y pOH = 4.05
d. pH=2.66 y pOH=11.34
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EVALUACIÓN DEL APRENDIZAJE
1 2
5. Según la ecuación de Henderson Hasselbalch, completa la frase con la letra correspondiente.
5.1 Si en una solución acido base conjugada, se incrementa la concentración de los H+, el pH de la solución amortiguadora .
c. Sin cambio
a. Aumenta
b. Disminuye
d. Igual a pK
5.2 Si en una solución amortiguadora disminuye la concentración de la base, el pH de la solución .
a. Aumenta
b. Disminuye
c. Sin cambio
d. Igual a pK
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EVALUACIÓN DEL APRENDIZAJE
1 2
6. Según la ecuación de Henderson Hasselbalch, completa la frase con la letra correspondiente.
6.1 Si la proporción del ácido y de la base son iguales, el pH es .
c. Sin cambio
a. Aumenta
b. Disminuye
d. Igual a pK
6.2 Si la concentración de la base aumenta, el pH .
a. Aumenta
b. Disminuye
c. Sin cambio
d. Igual a pK
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GLOSARIO
Describe la forma en que la concentración de los reactivos modifica la velocidad de reacción.
Es un compuesto químico que se utiliza para modificar la velocidad de reacción y obtener correctamente un producto, es independiente de las características del producto, no todas las reacciones químicas necesitan de catali-zadores. A los catalizadores biológicos se les llaman enzimas, de igual manera disminuyen la energía de activación.
Catalizador
Orden de reacción
Es un conjunto de procesos que tiene como componentes principales a los reactivos, los catalizadores (según la reacción pueden existir o no) y los productos. Donde los reactivos tienen una composición diferente a los productos. Cada uno por separado tiene diferente función, estructura y cualidades físicas, fisicoquímicas como químicas.
Reacción química
Constante de equilibrio
La constante de equilibrio (K) se expresa como la relación entre las concentraciones molares (mol/l) de productos y reactivos.
es el tiempo que tarda un reactivo para transformarse en producto. Recordando las unidades de la velocidad física son distancia/tiempo, entonces para medir la velocidad de reacción química se toma en cuenta la concentración y el tiempo, por tanto, v = concentración/tiempo (i.e. mM/seg, moles/min, mg/mL/seg).
Velocidadde reacción
Energía de activación
Es la energía mínima necesaria para que los reactivos puedan obtener aductos interme-diarios o estado de transición y posteriormen-te puedan generar un producto. El incremento de temperatura aumenta la energía cinética, disminuye la energía de activación, aumen-tando la velocidad de reacción. Además, hay algunas reacciones que son espontáneas.
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BIBLIOGRAFÍA
Rodwell V W., Bender D A., Botham K M., Kemmlly PJ., Weil PA (2016) Harper Bioquímica Ilustrada. 2016. Editorial Mc Graw Hill, 30a ediciónLozano A., Bacca C., Pinzón V. y Rozo C. Bioquímica (Estructura y función de biomoléculas). 2014. Fundación Universidad de Bogotá Jorge Tadeo Lozano. Segunda edición. Bogotá, Colombia.
Koolman J., Rohm K. (2012) Bioquímica Humana, Editorial Panamericana, Cuarta edición, México.
Muller-Sterl, Werner. Versión española por Centelles S., J. (2008) Bioquímica. Fundamentos para medicina y ciencias de la vida. Editorial Reverte, S.A.
Holum JR. (2011) Fundamentos de química general, orgánica y bioquímica para ciencias de la salud. Editorial Limusa S.A. de C.V. Cd. de México, México
Herrera, E., Ramos, M., Roca, P. & Viana, M. (1996). Bioquímica Básica: México.
Pacheco,L D. (2004). Bioquímica médica. México: Limusa.
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CRÉDITOS
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- Elaboró: Patricia Victoria Torres Durán
Yolanda Saldaña Balmori, Oscar Ivan Luqueño Bocardo, María Teresa Espinosa García, Marco Antonio Juárez Oropeza
- Edición: Celia Virginia Sánchez Meza
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4.2. Ácidos y bases, pH y amortiguadores
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Created on September 25, 2020
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4.2 ÁCIDOS Y BASES, pH Y AMORTIGUADORES
Índice
Patricia Victoria Torres Durán
UNIDAD IV. ÁCIDOS, BASES, pH Y AMORTIGUADORES
CONTENIDO
OBJETIVOS DELA UNIDAD
EVALUACIÓNPREVIA
INSTRUCCIONES
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GLOSARIO
CONOCIMIENTOS PREVIOS
EVALUACIÓN DEL APRENDIZAJE
BIBLIOGRAFÍA
CRÉDITOS
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INSTRUCCIONES
• Cada tema tiene una preevaluación del contenido que se revisará. • Sí contestas correctamente todas las preguntas, pasa al siguiente tema. • Sí tuviste algún error, revisa el tema. • El material se presentará en cuadros, cada uno estará constituido por la información que se considera clave. Al finalizar, se te pedirá que realices una actividad, ya sea contestar unas preguntas o resolver algunos problemas, las opciones de cada pregunta tienen una retroalimentación que encontrarás al hacer clic sobre las opciones de respuesta. • Al final de cada unidad, encontrarás un glosario.
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EVALUACIÓN PREVIA
1 2 3 4 5
1. Un ácido se define como:
a. Aquella sustancia que oxida un metal.
b. Compuesto químico que al disolverse acepta protones.
c. Compuesto químico que al disolverse ceden protones.
d. Compuesto químico que al disolverse en agua cede iones hidroxilos.
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1 2 3 4 5
2. El agua es una sustancia anfotérica porque:
a. Se puede comportar como un ácido o una base débil.
b. Se puede comportar como un ácido fuerte o una base fuerte.
c. Su molécula presenta un dipolo.
d. Su molécula no presenta cargas.
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3. El valor de la constante de ionización del agua a 25º C es:
-14
a. 1.0 x 10 mol/L
-7
b. 1.0 x 10 mol/L
-5
c. 1.75 x 10 mol/L
-4
d. 1.58 x 10 mol/L
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4. ¿Qué representa el pH?
a. Representa la concentración de iones hidrógeno en una solución.
b. Es el parámetro de medición de la acidez y alcalinidad de una solución.
c. Es el logaritmo negativo de la concentración de protones.
d. Todas las anteriores
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EVALUACIÓN PREVIA
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5. Define de manera general, ¿qué es amortiguar?
a. Generar energía.
b. Contrarrestar una reacción.
c. Disminuir o hacer menos violenta la manifestación de una fuerza.
d. Conservar la agresión de una fuerza.
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CONOCIMIENTOS PREVIOS
Reacción química, equilibrio, velocidad de reacción, disoluciones y catalizadores.Deberás tener dominio de las funciones y operaciones base diez, los logaritmos y sus operaciones y nociones de geometría analítica
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OBJETIVOS DE LA UNIDAD
Definirá qué son los ácidos y las bases, el pH, las soluciones amortiguadoras, la ecuación de Henderson-Hasselbach y el concepto de pK. En esta unidad aprenderás a correlacionar el concepto de ácido y el concepto de básico con la bioquímica y/o con las ciencias biológicas.
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4.2 ÁCIDOS Y BASES, pH Y AMORTIGUADORES
INTRODUCCIÓN
¿Has probado alguna vez una paleta con chamoy con chile? ¿Has tomado sal de uvas con bicarbonato? ¿Qué sensaciones experi-mentas? o ¿has oído algo sobre la calidad del agua, o que la lluvia es ácida? ¿A qué se refiere? Si consumes una variedad de productos con sensaciones salado, ácido, picoso, dulce, amargo, etc., etc., es porque la lengua lo percibe así por sus diferentes papilas. La saliva contiene catalizadores (enzimas) que toleran concentraciones ácidas, así como alcalinas, es decir soporta cambios químicos bruscos que nos ayudan a hacer mejor la digestión para formar el bolo alimenticio.
En tu piel, podrás identificar diferentes sensaciones al contacto con jabón, acetona, cremas, algún medicamento, un perfume o loción, etc., esto también tiene relación con el grado de acidez o alcalinidad de los productos. Por lo que en esta unidad comprenderás qué es el pH (acrónimo de potencial de hidrógenos) Los iones hidronio (H3O+ representa un H+ asociado con una molécula de agua) con carga positiva +1 serán los responsables de la acidez de ciertas mezclas y soluciones que están incluidas en los alimentos, productos industriales, etc. (pinturas, recubrimientos, selladores, etc.)
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4.2 ÁCIDOS Y BASES, pH Y AMORTIGUADORES
La siguiente ecuación describe el equilibrio de disociación del agua.
¿Pero qué es un ácido?
La teoría de Bronsted-Lowry dice que un ácido es un donador de protones (H+) y una base un aceptor de protones; Así los ácidos y las bases pueden ser fuertes o débiles dependiendo de su capacidad de donar los protones, por ejemplo, el HCl es un ácido fuerte y el NaOH es una base fuerte porque se disocian casi totalmente, mientras que el ácido acético un ácido débil y NH4OH una base débil que solo se disocian parcialmente. Recordemos que, de acuerdo con esta teoría, el agua una sustancia anfotérica es decir se puede comportar como un ácido o una base débil en consecuencia, sólo una pequeña fracción de ésta se disocia en los iones que componen la molécula: H3O+ (ion ácido) y OH- (ion básico).
Referencia en: https://www.lifeder.com/ejemplos-de-ionizacion/
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4.2 ÁCIDOS Y BASES, pH Y AMORTIGUADORES
La constante de disociación de agua pura a una temperatura dada está definida por la siguiente expresión:
Es importante conocer la concentración de iones hidrogeno en el medio, porque esta influye en muchos procesos químicos y biológicos que se realizan en solución acuosa, y al ser tan pequeña su concen-tración fue útil establecer una escala logarítmica para expresarla, Sorensen 1909 definió el pH de una disolución como el logaritmo negativo de la concentración de iones H+.
La constante de ionización del agua o constante de equilibrio tiene un valor de:
Esto indica que en una solución neutra
o expresado en otra forma
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4.2 ÁCIDOS Y BASES, pH Y AMORTIGUADORES
De manera similar podemos definir pOH como el menos logaritmo de la concen-tración de iones OH- y
finalmente podemos conocer que tan ácida o que tan alcalina es una disolución, a mayor concentración de H+ su pH sera menor a 7 y por lo tanto, ácida; en la diso-lución basica la concentración de OH- es mayor y su pH sera mayor a 7, relación que se muestra en la siguiente tabla. Tabla 1: Concentración de los iones hidronio e hidroxilo en función del pH.
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4.2 ÁCIDOS Y BASES, pH Y AMORTIGUADORES
EJEMPLOS
1. Un pOH de 4 ¿corresponde, a una disolución alcalina o a una disolución ácida? dado que:
Por lo tanto, corresponde a una disolución alcalina, 2.- Si conozco la concentración de [H+]=12.8x10 M de una muestra de orina y deseo obtener el pH, los pasos a seguir son: Aplicar la fórmula
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da como resultado 7.89, por tanto, el pH= 7.89, la muestra de orina es ligeramente alcalina. La suma del potencial de H+ más el potencial de OH es igual a 14, por tanto, la muestra de orina, en cuestión, tendrá un pOH= 6.10.
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4.2 ÁCIDOS Y BASES, pH Y AMORTIGUADORES
SOLUCIONES AMORTIGUADORAS Y CALCULO DE SU pH
La ecuación de Henderson–Hasselbalch juega un papel muy importante en la enseñanza del equilibrio acido base, en la química analítica, en los problemas de titulación, en la comprensión de la ionización de la carga eléctrica de un polipéptido. Esta ecuación ha sido muy importante a lo largo de la historia de la química. La historia de esta ecuación comienza con el desarrollo de la escala de pH. La ecuación es, por supuesto, la expresión de la ley de acción de masas (desde 1864 por Peter Waage y Cato Maximillian Guldberg), emitida en formato logarítmico, esta ecuación inmortalizó a estos dos científicos por Henderson- Hasselbalch.
Lawrence Joseph Henderson (1878-1942), na-tivo de Massachusetts, dedicó gran parte de su carrera temprana para el estudio de la sangre y su función respiratoria. Se sabía en ese momento que la sangre resiste los cam-bios de acidez y basicidad, pero la relación entre la composición amortiguadora y de los iones hidrógeno todavía no se había apreciado. En 1909, la palabra "puffer" en alemán se introdujo por primera vez en el léxico químico. Henderson publicó dos artículos en el American Journal of Physiology y en ellos pre-sentan un simple fórmula que correlaciona [H+] y la composición de un tampón:
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4.2 ÁCIDOS Y BASES, pH Y AMORTIGUADORES
Hasselbalch, trabajó significativamente en la respiración infantil, pero fue la simple idea de emitir la ecuación de Henderson a una escala logarítmica que inmortalizó los nombres de él y Henderson en los anales de la química. La ecuación de Henderson-Hasselbalch es la siguiente:
donde Ka es la constante de disociación del ácido débil, [H+] es la concentración de iones hidrógeno, A/HA es la relación del ácido base conjugado. Las primeras aplicaciones comenzaron con la reacción de disociación del ácido carbónico H2CO3 HCO3 + H y se define la constante para la disociación del ácido.
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4.2 ÁCIDOS Y BASES, pH Y AMORTIGUADORES
En la gráfica se podrá observar en el eje de la X, la concen-tración del ácido o de la base, dependiendo de lo que se esté titulando. En el de la Y, es el pH, donde se observa que, a mayor cantidad de base añadida, (a la derecha) el pH irá aumentando levemente sin haber un cambio brusco, llamándose zona de amortiguación. Las curvas de titulación permi-ten identificar el valor del pKa de ácidos y bases débiles.
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4.2 ÁCIDOS Y BASES, pH Y AMORTIGUADORES
Observando la gáfica anterior, se puede deducir que:
• El pH del sistema amortiguador depende de la proporción entre la sal y el ácido, es decir si tengo 60% base/40% de ácido. De aquí se deduce que, añadiendo agua al sistema, las concentraciones de sal y ácido disminuyen paralelamente, pero su cociente permanece constante, y el pH no cambia.
• El pH de una disolución amortiguadora depende de la naturaleza del ácido débil, tomar en cuenta su pK, de modo que para cantidades equimoleculares de sal y de ácido, el pH es justamente el pK de este ácido. ya que si: pH=pK+ log entonces, si dividimos 50/50 = 1 por lo tanto pH=pK+ log 1 y si log de 1= 0 finalmente tendremos que pH = pK
50mM de base
50mM de ácido
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4.2 ÁCIDOS Y BASES, pH Y AMORTIGUADORES
Aplicando la ecuación de Henderson-Hasselbalch
La concentración de CO2 se muestra en unidades de presión, por lo que se debe considerar la conversión a unidades de molaridad [CO2]= 0.03 PCO2, en donde la concentración de CO2 se expresa en mM, la PCO2 en milímetros de mercurio (mm Hg) y las unidades del factor de conversión son: mM· (mm Hg ). Así, la anterior ecuación de Henderson-Hasselbalch se transformaría en: pH = pK + log ([HCO3 ]/ (0.03 PCO2 ). Al despejar la concentración del ácido carbónico se obtiene que en sangre es de 6.05 µM (6.05 x 10 M).
La concentración de este ácido es aproxima-damente tres órdenes de magnitud más pe-queña que la concentración de CO2 (1 mM). Si se sustituye la verdadera concentración de ácido carbónico en la ecuación de Henderson Hasselbalch sin cambiar el valor del pK de 6.1, se obtiene un resultado de 9.7 muy diferente al de la sangre que es 7.4. Sin embargo, si se utiliza el pK de 3.8 y las concentraciones de H2CO3 (6.05 µM) y HCO3 (24 mM), se obtiene que el pH es de 7.4. En resumen, para conocer el pH de la sangre, en la ecuación de Henderson-Hasselbalch se tiene que utilizar la concentración de dióxido carbono y no la del ácido carbónico.
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EVALUACIÓN DEL APRENDIZAJE
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1.- ¿Qué significa la Kw?
a. Es la constante de equilibrio del agua.
b. Es la medida de concentración del agua.
c. Es la concentración de solutos disueltos en el agua líquida.
d. Todas las anteriores.
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EVALUACIÓN DEL APRENDIZAJE
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2. Calcular el pH de una solución de HCl, si su concentración de iones H es igual a 0.0045 N.
a. 2.34
b. 1.0104
c. -2.34
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EVALUACIÓN DEL APRENDIZAJE
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3. El pH promedio del mar es de 7.9 ¿cuál será la concentración de H+ en el mismo?
a. 6.1
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b. 1.25 x 10
c. 7.94 x 10
d. 1.25 x 10
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EVALUACIÓN DEL APRENDIZAJE
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4. Calcula el pH y el pOH de una muestra de saliva con una concentración de [H+]= 11.34 x 10 M.
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a. pH= 11.34 y pOH= 2.66
b. pH= 4.05 y pOH= 9.94
c. pH=9.94 y pOH = 4.05
d. pH=2.66 y pOH=11.34
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EVALUACIÓN DEL APRENDIZAJE
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5. Según la ecuación de Henderson Hasselbalch, completa la frase con la letra correspondiente.
5.1 Si en una solución acido base conjugada, se incrementa la concentración de los H+, el pH de la solución amortiguadora .
c. Sin cambio
a. Aumenta
b. Disminuye
d. Igual a pK
5.2 Si en una solución amortiguadora disminuye la concentración de la base, el pH de la solución .
a. Aumenta
b. Disminuye
c. Sin cambio
d. Igual a pK
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EVALUACIÓN DEL APRENDIZAJE
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6. Según la ecuación de Henderson Hasselbalch, completa la frase con la letra correspondiente.
6.1 Si la proporción del ácido y de la base son iguales, el pH es .
c. Sin cambio
a. Aumenta
b. Disminuye
d. Igual a pK
6.2 Si la concentración de la base aumenta, el pH .
a. Aumenta
b. Disminuye
c. Sin cambio
d. Igual a pK
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GLOSARIO
Describe la forma en que la concentración de los reactivos modifica la velocidad de reacción.
Es un compuesto químico que se utiliza para modificar la velocidad de reacción y obtener correctamente un producto, es independiente de las características del producto, no todas las reacciones químicas necesitan de catali-zadores. A los catalizadores biológicos se les llaman enzimas, de igual manera disminuyen la energía de activación.
Catalizador
Orden de reacción
Es un conjunto de procesos que tiene como componentes principales a los reactivos, los catalizadores (según la reacción pueden existir o no) y los productos. Donde los reactivos tienen una composición diferente a los productos. Cada uno por separado tiene diferente función, estructura y cualidades físicas, fisicoquímicas como químicas.
Reacción química
Constante de equilibrio
La constante de equilibrio (K) se expresa como la relación entre las concentraciones molares (mol/l) de productos y reactivos.
es el tiempo que tarda un reactivo para transformarse en producto. Recordando las unidades de la velocidad física son distancia/tiempo, entonces para medir la velocidad de reacción química se toma en cuenta la concentración y el tiempo, por tanto, v = concentración/tiempo (i.e. mM/seg, moles/min, mg/mL/seg).
Velocidadde reacción
Energía de activación
Es la energía mínima necesaria para que los reactivos puedan obtener aductos interme-diarios o estado de transición y posteriormen-te puedan generar un producto. El incremento de temperatura aumenta la energía cinética, disminuye la energía de activación, aumen-tando la velocidad de reacción. Además, hay algunas reacciones que son espontáneas.
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BIBLIOGRAFÍA
Rodwell V W., Bender D A., Botham K M., Kemmlly PJ., Weil PA (2016) Harper Bioquímica Ilustrada. 2016. Editorial Mc Graw Hill, 30a ediciónLozano A., Bacca C., Pinzón V. y Rozo C. Bioquímica (Estructura y función de biomoléculas). 2014. Fundación Universidad de Bogotá Jorge Tadeo Lozano. Segunda edición. Bogotá, Colombia. Koolman J., Rohm K. (2012) Bioquímica Humana, Editorial Panamericana, Cuarta edición, México. Muller-Sterl, Werner. Versión española por Centelles S., J. (2008) Bioquímica. Fundamentos para medicina y ciencias de la vida. Editorial Reverte, S.A. Holum JR. (2011) Fundamentos de química general, orgánica y bioquímica para ciencias de la salud. Editorial Limusa S.A. de C.V. Cd. de México, México Herrera, E., Ramos, M., Roca, P. & Viana, M. (1996). Bioquímica Básica: México. Pacheco,L D. (2004). Bioquímica médica. México: Limusa.
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CRÉDITOS
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Yolanda Saldaña Balmori, Oscar Ivan Luqueño Bocardo, María Teresa Espinosa García, Marco Antonio Juárez Oropeza
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