pH y soluciones tampón

pH y soluciones tampón

A lo largo de esta entrada, que he titulado pH y soluciones tampón, repasaremos todo lo relacionado con el pH, el pOH, la relación entre ambos, la medición por pHmetro, el uso de indicadores y las soluciones tampón.

Esta información nos ayudará a comprender el porqué de la búsqueda de algunos analitos en el futuro. Por no hablar del uso de soluciones tampón en algunas técnicas y las valoraciones ácido-base. El pH es un tema importante en el Laboratorio Clínico y Biomédico y su uso y comprensión comienzan aquí.

Definición de pH

Para dar respuesta a la pregunta sobre qué es el pH veremos una serie de definiciones. Primero consultaremos a la Real Academia de la Lengua Española, que nos arroja la siguiente definición:

1. m. Quím. Índice que expresa el grado de acidez o alcalinidad de una disolución.

Después consultaremos la definición que nos ofrece la Wikipedia. Esta definición nos aporta algo más de información:

El pH es una medida de acidez o alcalinidad de una disolución. El pH indica la concentración de iones hidrógeno [H+] presentes en determinadas disoluciones.

Respecto a la procedencia del término, que aporta más información a las definiciones anteriores, encontré esta definición:

La sigla significa “potencial de hidrógeno” (pondus Hydrogenii o potentia Hydrogenii; del latín pondus, n. = peso; potentia, f. = potencia; hydrogenium, n. = hidrógeno). Este término fue acuñado por el químico danés Sørensen, quien lo definió como el logaritmo negativo de base 10 de la actividad de los iones hidrógeno.

La fórmula a la que hace referencia la última definición es la siguiente:

pH y soluciones tampón

Características químicas de ácidos y bases

Fue Arrhenius el que comprobó que la acidez o basicidad de una sustancia disuelta en agua se debía a la disociación iónica que ocurría en ella. Estableció que los ácidos disueltos en agua producían iones H+, determinando así sus propiedades. Las bases, por contra, al estar disueltas en agua originaban iones OH.

En esta entrada trataremos principalmente el pH en disoluciones acuosas. Pero habrá un inciso que aclare que las escalas y valores pueden variar según el disolvente que utilicemos.

Escala de pH

La escala de pH determina la acidez o basicidad de una sustancia en función de su valor. La escala comprende una lista de valores del 1 al 14. El pH neutro está establecido en el valor 7. Todo valor inferior a 7 está considerado como pH ácido. Y todo valor superior a 7 está considerado como pH básico.

pH y soluciones tampón

A mayor acidez de la disolución, mayor concentración de iones H+ y menor pH. Por el contrario, a mayor alcalinidad de la disolución, menor concentración de iones H+ y mayor pH.

Definición de pOH

El pOH tiene una definición idéntica a la del pH y comparte la misma función. Pero dentro de su gran similitud contiene sus diferencias. Y no solo eso, se complementa con el pH de una forma que veremos a continuación.
Vamos a modificar la definición de pH de la Wikipedia para adoptarla a la definición de pOH:

El pOH es una medida de acidez o alcalinidad de una disolución. El pOH indica la concentración de iones hidroxilo [OH] presentes en determinadas disoluciones.

pH y soluciones tampón

Escala de pOH

La escala de pOH determina la acidez o basicidad de una sustancia en función de su valor. Conviene tener en cuenta que la escala es inversa a la del pH. La escala comprende una lista de valores del 1 al 14. El pH neutro está establecido en el valor 7. Todo valor inferior a 7 está considerado como pH básico. Y todo valor superior a 7 está considerado como pH ácido.

pH y soluciones tampón

A mayor acidez de la disolución, menor concentración de iones OH y mayor pOH. Por el contrario, a mayor alcalinidad de la disolución, mayor concentración de iones OH y menor pOH.

Relacionando pH y pOH

El pH y el pOH se pueden relacionar. La suma de ambos debe ser de 14. Por tanto, conociendo el valor de uno de ellos podemos calcular el otro.

pH y soluciones tampón

Tan solo hay que despejar la incógnita que tengamos y obtendremos el resultado.

Otras consideraciones importantes

En disoluciones no acuosas o fuera de condiciones normales de presión y temperatura, un pH de 7 puede no ser el neutro. El pH al cual una disolución se considera neutra está relacionado con la constante de disociación del disolvente utilizado.

La constante de disociación del agua es 10-14. El cálculo de su logaritmo es de 14, por eso en las disoluciones acuosas su pH neutro es de 7.

Medición de pH haciendo uso del pHmetro

El pH de una disolución se puede determinar mediante potenciometría. El instrumento utilizado para tal fin es un pHmetro. Se sumerge un electrodo en una solución problema produciéndose una diferencia de potencial entre la solución interior del electrodo y la solución problema. Esta diferencia de potencial se mide combinando el electrodo de vidrio con uno de referencia. El resultado obtenido dependerá de la concentración del ión H+ en la solución problema.

pH y soluciones tampónpHmetro de la marca HANNA

El electrodo de referencia es de calomel (Hg/HgCl) saturado con KCl. El electrodo de vidrio está conformado por un bulbo que se sitúa en el extremo del electrodo. El bulbo está lleno de una solución 0.1 M de HCl saturado con AgCl. La parte anterior al bulbo tiene un alambre de Ag/AgCl y su exterior está saturado de KCl y AgCl. El alambre de Ag/AgCl permite conducir el potencial hasta el amplificador.

Mantenimiento y errores de medición del pHmetro

Un pHmetro debe ser calibrado periódicamente para mantener su debida precisión. Para la calibración se utilizan buffers o soluciones tampón de calibración.

Además de la calibración, el pHmetro necesita de cierto mantenimiento. Lo primordial es evitar su deshidratación, manteniéndolo siempre húmedo guardado en una solución de KCl o en buffers con pH’s conocidos de 4 o de 7. Nunca se debe guardar en agua destilada porque inutilizará el electrodo y el pHmetro quedará inservible.

Un correcto mantenimiento y una debida calibración garantizará la ausencia de muchos errores, pero existen otros errores que no pueden evitarse tan fácilmente.

  • Error de medición por temperatura: Una variación de temperatura modificará la medición del pH. Este error es evitable con el mantenimiento correcto de la temperatura del laboratorio.
  • Error de medición por alcalinidad: Si el pH es superior a 9, el vidrio de los electrodos se volverá sensible a cationes alcalinos distorsionando la medición.
  • Error de medición por acidez: Algo parecido ocurre cuando el pH de un ácido es inferior a 0.5, aunque se desconoce el motivo por el que ocurre este error.

Indicadores de pH o indicadores ácido-base

Un indicador de pH, o indicador ácido-base, es una sustancia que cambia de color al entrar en contacto con ácidos o bases determinadas. Estos indicadores nos permiten medir el pH de un medio, ya que según el indicador utilizado sabremos a qué valores de pH presentan sus propiedades colorimétricas.

Un ejemplo muy claro sería la Fenolftaleína, que en disoluciones ácidas se presenta incolora. Pero si la disolución es básica, con un pH superior al intervalo [8.2 – 10] va adquiriendo un color rosado/violaceo. Tiene el inconveniente de que en los extremos de la escala de pH presenta propiedades totalmente diferentes. En un medio con un ácido muy fuerte, con fenolftaleína, se torna de color anaranjado. En cambio, si el medio es fuertemente básico, se volverá incoloro.

pH y soluciones tampón

Otro ejemplo claro sería el rojo fenol. Se trata de un indicador muy utilizado en cultivos celulares, donde las células deben crecer en una horquilla de pH muy estricta. Los medios en los que crecen las células cuentan con este indicador, y si el medio es anaranjado significa que las condiciones de pH son idóneas, pero si el color del medio vira a rojo, o amarillo, será debido a un cambio en el pH del mismo. Un cambio nada recomendable para la viabilidad de esas células.

Cabe destacar que, según la fuente que consultemos, variarán los intervalos de pH a los que viran de color los indicadores. En algunas ocasiones serán una o dos décimas de pH, pero en otras la variación será más notoria.

pH y soluciones tampón

Buscando una buena definición de solución tampón, he encontrado en la wikipedia algo muy parecido a lo que buscaba:

Un tampón, buffer, solución amortiguadora o solución reguladora […] tienen la propiedad de mantener estable el pH de una disolución frente a la adición de cantidades relativamente pequeñas de ácidos o bases fuertes. Este hecho es de vital importancia en diversos contextos en donde es necesario mantener el pH en un umbral estrecho, por ejemplo, con un leve cambio en la concentración de hidrogeniones en la célula se puede producir un paro en la actividad de las enzimas.

Dentro de las soluciones tampón podemos encontrar un tampón ácido conformado por un ácido débil y su base conjugada. O bien un tampón básico conformado por una base débil y su ácido conjugado. Cada solución tampón cuenta con su propio rango efectivo de pH, que depende de la constante de equilibrio del ácido o la base.

pH y soluciones tampón en el cuerpo humano

Las soluciones tampón es un tema que veremos más a fondo en futuras entradas, tanto de forma específica como de forma esporádica cuando se toquen temas relevantes en los que el pH y soluciones tampón salgan a la palestra. Y saldrán a la palestra porque el pH fisiológico debe ser una constante en todo momento, y solo puede serlo gracias a las soluciones tampón fisiológicas.

Los valores de pH fisiológicos son los siguientes:

  • Sangre: 7.35 – 7.45
  • Jugos gástricos: 1.0 – 2.0
  • Orina: 4.5 – 8.0
  • Líquido intersticial: 7.35
  • Líquido intracelular: 6 – 7.4

Y los tampones fisiológicos más importantes son los siguientes:

  • Tampón bicarbonato
  • Tampón fosfato
  • Aminoácidos y proteínas
  • Tampón hemoglobina

Deja un comentario

Uso de cookies

Este sitio web utiliza cookies para que usted tenga la mejor experiencia de usuario. Si continúa navegando está dando su consentimiento para la aceptación de las mencionadas cookies y la aceptación de nuestra política de cookies, pinche el enlace para mayor información.plugin cookies

ACEPTAR
Aviso de cookies