SOLUCIONES AMORTIGUADORAS O BUFFER

SOLUCIONES AMORTIGUADORAS

Las soluciones buffer o amortiguadoras son capaces de mantener su pH en valores aproximadamente constantes, aún cuando se agreguen pequeñas cantidades de ácido o base, o se diluya la solución.

Una disolución buffer o amortiguadora se caracteriza por contener simultáneamente una especie débil y su par conjugado:

• un ácido débil y la sal de su par conjugado

HA   +   H₂O            A^–   +   H₃O⁺

• una base débil y  la sal de su par conjugado 

B   +   H₂O            BH⁺   +   OH^–

La disolución buffer debe contener una concentración relativamente grande de cada uno de los integrantes del par conjugado, de modo que:

• la especie ácida del sistema buffer pueda reaccionar con los iones OH^– que se le añadan

• la especie básica del sistema buffer pueda reaccionar con la cantidad de iones H⁺ que se añadan

La presencia del par conjugado hace que la especie débil se disocie en menor proporción:
HA   +   H2O          A–   +   H3O+	B   +   H2O          BH+   +   OH–
La presencia de la especie débil hace que el par conjugado se hidrolice menos:
A–   +   H2O          HA   +   OH–	BH+   +   H2O          B  +   H3O+

• Las soluciones buffer deben prepararse de manera que las concentraciones iniciales de las especies conjugadas estén entre 0,05 M y 1,0 M 

y que la relación entre sus concentraciones (Ca / Cb) esté comprendida entre 0,1 y10 

• El intervalo de pH para el cual un sistema buffer regula adecuadamente es: pKa – 1 < pH < pKa + 1

 • El sistema buffer más adecuado es aquel cuyo valor de pKa está lo más cerca posible del pH que se desea regular.

 • La dilución no cambia el pH de la solución buffer pero disminuye considerablemente su capacidad reguladora

-1-Para preparar un buffer de pH 9,20  debo elegir entre los siguentes pares de acido/base.
indicar cual es el mas adecuado.

formiato/acidoformico            Ka  1,78 .10 -4

            amonio/amoniaco                 Kb 1,75 . 10-5
   
           bicarbonato/carbonato            Kb    2,10 . 10 -4


resolución en video

  En un equilibrio de acido debil  HAc/Ac-  y gregando  una sal del ácido  Na Ac  podemos decis que todo el 

HAc  proviene de la concentración del acido y  que toda la base proviene de la concentración de la sal (Ac-  o base conjugada)

        [Ac^–]·[H₃O⁺]       
K_a = –––––––––––– 

              [HAc]   

Remplazando entonces

        [C sal]·[H₃O⁺]        
K_a = –––––--––––                 

              [C acido]                 

si se despeja hidronio y se aplica -log a ambos miembro de la ecuación

                

                                                                  [C acido]                         

            –––––--––––   x   K_a =         ·[H₃O⁺]         

                                                                   [C sal]

aplicando -log a ambos miembros de la ecuación    pH = pKa – log Ca / Cb   

                                                         Ecuación de Henderson - Hasselbach o Ecuación Buffer 

Notas: si la relación en la ecuación esta Ca/Cb   el logaritmo resta, si la relación esta invertida Cb/Ca  entonces
el logaritmo suma, se pueden encontrar las expresiones de cualquiera de las dos formas.
  Cuando utilizo Ka   calculo pH, si aplico Kb  en la ecuación estoy calculando pOH.


-2- Se preparan 750 ml de una solución reguladora disolviendo en agua 0,250 moles de ClNH4 y 0,200 moles de NH3      (pKb =4,75)
Calcular el pH de la solución y determinar el rango de pH que actua.

-3-Una solución reguladora tiene como solutos  fosfato acido de potasio/fosfato diácido de potasio con
 un pKb= 6,79.
Si la relación Cb/Ca es 1,55  calcular el pH de la solución.

-4- Se desea preparar una solución reguladora de etilamina (pKa=3,30)y cloruro de etilamonio  para dar un pHde 10,50.
Calcular la cantidad de etilamonio que se debe agregar a 500ml de una solución de etilamina.
( buffer etilamina/etilamonio).
Se prepara una solución reguladora de acido acético/acetato de sodio    pKa =4,70      de pH= 4
-calcular la relación   Ca/Cb
-en que intervalo es efectivo el buffer
-que pasa cuando se agrega una muy pequeña cantidad de NaOH.

En un laboratorio se tienen dos matraces, uno conteniendo 15 ml de HCl cuya concentración es 0,05 M y el otro 15 ml de ácido etanoico (acético) de concentración 0,05 M a) Calcule el pH de cada una de ellas. b) ¿Qué cantidad de agua se deberá añadir a la más ácida para que el pH de las dos disoluciones sea el mismo? Dato: K_a (ácido etanoico) = 1,8 ·10^-5 

 

a) HCl es ácido fuerte luego está totalmente disociado: Þ [H₃O⁺] = 0,05 M

pH = –log [H₃O⁺] = –log 0,05 = 1,30

CH₃COOH es  ácido débil por lo que:
 

[H₃O⁺] = c a = 0,05 M x 0,019 = 9,5 x 10^-4 M

pH = –log [H₃O⁺] = –log 9,5 x 10^-4  = 3,0

b) n(H₃O⁺) en HCl = V x Molaridad = 0,015 l x 0,05 M = 7,5 x 10^-4 mol.

Para que el pH sea 3,0 [H₃O⁺] = 10^-3 M  que será también la [HCl] ya que está totalmente disociado.

El volumen en el que deberán estar disueltos estos moles es:

^{V= n/M    ........750 ml} 

 Luego habrá que añadir (0,75 – 0,015) litros = 735 ml