18 Soluciones Reguladoras I 25 04 05

quimica general e inorganica

facultad de farmacia y bioquimica (uba)

1. Soluciones reguladoras I Soluciones reguladoras I
Clase 18Clase 18
25 de Abril de 200525 de Abril de 2005
Dra. Marisa RepettoDra. Marisa Repetto
Catedra de QuCatedra de Quíímica General e Inorganicamica General e Inorganica

2. Efecto de ion comúnEfecto de ion común
En una reacción química en equilibrio, la adición de un En una reacción química en equilibrio, la adición de un
compuesto que al disociarse produce un ión común con compuesto que al disociarse produce un ión común con
las especies químicas en equilibrio, produce un las especies químicas en equilibrio, produce un
desplazamiento del equilibrio denominado efecto del ion desplazamiento del equilibrio denominado efecto del ion
común.común.

3. Efecto de ion común
¿Que pasa cuando se disuelven dos compuestos
diferentes?
H
2
O
CH
3
-COONa Na
+
+ CH
3
-COO
-


CH
3
-COOH H
+
+ CH
3
-COO
-


 
La reacción se desplaza hacia la izquierda
y el pH aumenta.
Se hace menos ácida .

4. Sistema ácido débil- salSistema ácido débil- sal
NaAc  Na
+
+ Ac
-

H
2O + HAc H
3O
+
+ Ac
-
[H
3O
+
] . [Ac
-
]
Ka = _______________
[ HAc ]
Despejando la

[H
3O
+
] :
[H
3
O
+
] = Ka . [HAc] / [Ac
-
]

5. Aplicando logaritmos y multiplicando por (-1), resulta:
- log [H
3
O
+
] = - log Ka - log [HAc] + log [Ac
-
]

[Ac
-
]
pH = pK
a
+ log ________
[HAc]
[HA] >ó = a 0,1 M
se desprecia la ionización y la hidrólisis de la sal
Ecuación de Henderson-
Hasselbalch

6. [Sal]
pH = pK
a
+ log ________
[Ácido]
[base de Lewis]
pH = pK
a
+ log
[Ácido de Lewis]
[A
-
]
pH = pK
a + log ______
[AH]

7. Sistema Base débil - SalSistema Base débil - Sal
Mezcla de amoníaco / cloruro de amonio en agua; el
equilibrio iónico será:
NH
4
Cl  NH
4
+
+ Cl
-
NH
3

+ H
2
O NH
4
+
+ OH
-
 

La solución será menos básica.
El ion común inhibe la ionización de la base

8. NH
3

+ H
2O NH
4
+
+ OH
-
[HO
-
] . [NH
4
+
]
Kb = _______________
[NH
3

]
Despejando [HO
-
], aplicando logaritmo y multiplicando
por (-1), resulta
[NH
4
+
]
pOH = pKb + log ________
[NH
3

]
[Sal]
pOH = pKb + log ________
[Base ]

9. Soluciones amortiguadoras ó
reguladoras (buffer)
La solución tiene la capacidad de resistir los cambios
de pH cuando se agregan pequeñas cantidades tanto
de ácido como de base.
Ácido débil (suministra protones a una base fuerte)
y su base conjugada (aceptará protones de un ácido fuerte)
Base débil (acepta protones de un ácido fuerte) y su ácido
conjugado (cede protones a una base fuerte)

10. Efecto de ion común

11. Soluciones amortiguadoras ó
reguladoras
1. Sistema Ácido - Sal: Constituido por un ácido débil
y una sal de ese ácido y una base fuerte.
Ejemplo: HAc / NaAc; HCN / NaCN.
2. Sistema Base - Sal: constituido por una base débil
y una sal de esa base con un ácido fuerte.
Ej.: NH
3
/ NH
4
Cl.

12. 3. Sistema Salino: puede estar constituido por:
* una sal monosustituida y otra disustituida de un ácido
poliprótico débil (por ej. H
3
PO
4
) con una base fuerte.
Ej.: NaH
2PO
4 / K
2 HPO
4 .
* una sal disustituida y otra trisustituida del mismo ácido.

Ej.: K
2
HPO
4
/ Na
3
PO
4
.

13. 4. Anfolitos:
son sustancias que tienen en su molécula grupos
ácidos y básicos.
Son generalmente moléculas de sustancias orgánicas,
como por ejemplo los aminoácidos (glicina).

14. 1-Sistema ácido débil / sal :1-Sistema ácido débil / sal :
NaAc  Na
+
+ Ac
-
HAc H
+
+ Ac
-
[Sal]
pH = pK
a
+ log ________
[Ácido]

Si aumenta [H
+
]  aumentan los moles de ácido
disminuyen los moles de sal
disminuye pH
Si aumenta [OH
-
]  disminuyen los moles ácido
aumentan los moles de sal
aumenta el pH

15. 2-Sistema base débil / sal2-Sistema base débil / sal :
NH
4Cl  NH
4
+
+ Cl
-

NH
3

+ H
2
O NH
4
+
+ OH
-

[Sal]
pOH = pKb + log ________
[Base]
Si aumenta [H
+
]  aumentan los moles de sal
disminuyen los moles de base
disminuye pH, aumenta el pOH
Si aumenta [OH
-
]  disminuyen los moles sal
aumentan los moles de base
aumenta el pH, disminuye el pOH

16. 3. 3. Sistema SalinoSistema Salino
Están constituidos por dos sales de un ácido poliprótico
(por ejemplo H
3
PO
4
), con distinto grado de sustitución.

Se considera a la sal:
más sustituida  como sal
menos sustituida  como ácido
Ejemplo: Sea el sistema NaH
2
PO
4
/ K
2
HPO
4
.
NaH
2
PO
4


será el ácido
K
2 HPO
4  será la sal

17. cuyos valores son : Ka
1
 1 .10
-2
, Ka
2
 1 .10
-7
, Ka
3
 1 .10
-12
¿Cuál es el valor de Ka que se deberá seleccionar para
calcular el pH del buffer?
[H
+
] . [H
2
PO
4
-
]
H
3
PO
4
H
+
+ H
2
PO
4
-
Ka
1
= _____________
[H
3
PO
4
]
[H
+
] . [PO
4
3-
]
HPO
4
2-

H
+
+ PO
4
3-
Ka
3
= _____________
[HPO
4
2-
]
[H
+
] . [HPO
4
2-
]
H
2
PO
4
-

H
+
+ HPO
4
2-
Ka
2
= _____________
[H
2
PO
4
-
]

18. Para responder esta pregunta debemos plantear las
ecuaciones de ionización de las sales que forman el
sistema buffer:
En el ejemplo mencionado:
NaH
2PO
4 Na
+
+ H
2PO
4
-
K
2
HPO
4
2K
+
+ HPO
4
2-
iones derivados del H
3
PO
4
y ver cuál de las reacciones de equilibrio del ácido débil
poliprótico, contiene las especies derivadas de él.

19. Soluciones amortiguadoras ó
reguladoras
H
2PO
4
-
H
+
+ HPO
4
2-
Ka
2 =1 . 10
-7
Siguiendo el razonamiento anterior:
[Sal] [HPO
4
2-
]
pH = pka + log ________ pH = pka + log ________
[Ácido] [H
2PO
4
-
]

Conclusión :
La constante que debe usarse es la que corresponde La constante que debe usarse es la que corresponde
al equilibrio que involucra a las dos especies queal equilibrio que involucra a las dos especies que
constituyen el buffer.constituyen el buffer.

20. Efecto de ion común

21. Capacidad reguladora máxima y
rango útil de un buffer.
Una solución buffer tiene capacidad reguladora máxima,
cuando la variación del pH ante el agregado de una misma
cantidad de iones protones o iones hidroxilo es mínima.
[sal] = 1 entonces pH = pKa
[ácido]
[sal] = 1 entonces pOH = pKb
[base]
La capacidad reguladora disminuye a medida La capacidad reguladora disminuye a medida
que nos alejamos de estas condiciones.que nos alejamos de estas condiciones.

22. ¿ entre qué valores de pH puede un buffer actuar
amortiguando el pH ante el agregado de H
+
o de OH
-
?
Relación [sal] / [ácido] o [sal] / [base]
intervalo de 10 a 0,1,
relación comprendida entre:
diez partes de sal a una parte de ácido o base,
o una parte de sal a diez partes de ácido o base

efecto amortiguador eficaz


RANGO ÚTIL DE UNA SOLUCIÓN REGULADORA.RANGO ÚTIL DE UNA SOLUCIÓN REGULADORA.

23. Capacidad reguladora máxima y
rango útil de un buffer.
Resumiendo:
- Cuando la capacidad reguladora es máxima la relación Cuando la capacidad reguladora es máxima la relación
[sal] / [ácido] o [sal] / [base] es igual a la unidad y en este [sal] / [ácido] o [sal] / [base] es igual a la unidad y en este
caso:caso:

pH = pKa + log 1 = pKa o pOH = pKb + log 1 = pKb
- Cuando la razón [sal] / [ácido] o [sal] / [base] es igual a 10, Cuando la razón [sal] / [ácido] o [sal] / [base] es igual a 10,
el pH será:el pH será:
pH = pKa + log 10 = pKa + 1
pOH = pKb + log 10 = pKb + 1

24. - Cuando la razón [sal] / [ácido] o [sal] / [base] es igual
a 1/10, o sea 0,1:

pH = pKa + log 0,1 = pKa - 1

pOH = pKb + log 0,1 = pKb - 1
Por lo que el rango útil es el que corresponde a:
pH = pKa  1 o pOH = pKb 1

25. Principales soluciones reguladoras Principales soluciones reguladoras
del organismodel organismo
•Sistema carbonato/ bicarbonato:
Na
2
CO
3
/ NaCO
3
-
•Sistema fosfatos:
Na
2
HPO
4
/ NaH
2
PO
4
•Sistema de las proteínas

26. Vaso capilar
Eritrocito
Pulmones
O
2
+ HHb
HHbO
2 HbO
2
-
+ H
+
H
+
+ HCO
3
-
H
2
CO
3
CO
2
+

H
2
O
AC
O
2
CO
2
HCO
3
-
Plasma

27. que no sea tóxica
que se metabolice rápidamente
que exista en forma habitual en el organismo
en que forma farmacéutica se utilizará
Elección de la solución reguladoraElección de la solución reguladora
Criterios a utilizar:

28. •Buffer citratoBuffer citrato  se metaboliza con facilidad
•Buffer fosfatoBuffer fosfato  existe en forma habitual
en el organismo
•Buffer boratoBuffer borato  se utiliza en preparaciones
oftálmicas
 no se utliza para soluciones de uso
interno por su toxicidad
Algunas soluciones reguladoras de Algunas soluciones reguladoras de
interés farmacéuticointerés farmacéutico
•Buffer acetatoBuffer acetato  se utiliza en preparaciones
oftálmicas (sales de plata)

29. Algunas soluciones reguladoras de Algunas soluciones reguladoras de
interés biológicointerés biológico
Considerar con que sistema biológico se va a trabajar:
•Medio extracelular:
NaCl 120 mM fosfatos 30 mM
•Medio intracelular:
KCl 120 mM fosfatos 30 mM

30. BIBLIOGRAFÍA
•Atkins P.W, Jones L. Química . 3
ra
edición.
Ed Omega. 1999.
•Chang R. Química. 6
ta
edición. Ed Mc. Graw
Hill. 1999.
•Whitten K.W.; Davis R.E.; Peck M.L. Química
General . 5
ta
edición. Ed. Mc. Graw Hill. 1998.