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PRÁCTICA N° 4. PREPARACION DE SOLUCIONES BUFFER O AMORTIGUADORAS.

RESUMEN Resumen. La práctica se realizó con el fin de medir y determinar las variaciones del pH a una solución buffer, Estas variaciones las producimos gracias a diferentes compuestos como un ácido y una base fuerte en ambos Casos al hacer reaccionar este ácido y la base en casos separados se lograba tener el llamado efecto Amortiguador o efecto buffer, los resultados más relevantes fueron los datos como el pH que lo tomamos Directamente por medio de un pH-metro e indirectamente por medio de ecuaciones y fórmulas para Determinar este valor, Solución amortiguadora: Una solución amortiguadora, buffer o tampón es una disolución de un ácido débil o una base débil y su sal; es decir, ambos componentes deben estar presentes. La solución tiene la capacidad de resistir los cambios del pH cuando se agregan pequeñas cantidades de ácido o de base. Las soluciones amortiguadoras son muy importantes en los sistemas químicos y biológicos. El pH en el cuerpo humano varía mucho de un fluido a otro; por ejemplo, el pH de la sangre está alrededor de 7.4, en tanto que el del jugo gástrico humano puede ser de 1.5. En gran parte, estos valores del pH, que son muy importantes para el funcionamiento adecuado de las enzimas y del balance de la presión osmótica, se mantienen por acción de los sistemas amortiguadores. Estas variaciones las producimos gracias a diferentes compuestos como un ácido y una base fuerte en ambos Casos al hacer reaccionar este ácido y la base en casos separados se lograba tener el llamado efecto Amortiguador o efecto buffer, los resultados más relevantes fueron los datos como el pH que lo tomamos directamente por medio de un pH-metro y indirectamente por medio de ecuaciones y fórmulas para determinar este valor, teniendo esto en cuenta pudimos darnos cuenta que al hacer un porcentaje de error

comparando estos valores respectivamente, tenían pequeñas variaciones (que no hacían pensar en que variables no tomamos en cuenta para que el valor nos diera muy cerca a valor real. PRE LABORATORIO 1. ¿Cómo se define una solución buffer, dé ejemplos de soluciones amortiguadoras que se utilizan en bioquímica? Una solución Reguladora, Buffer, Tampón o Amortiguadora es: un sistema que tiende a mantener el pH casi constante cuando se agregan pequeñas cantidades de ácidos (H+) o bases (OH-). Una solución amortiguadora reduce el impacto de los cambios drásticos de H+ y OH- . Se prepara con un ÁCIDO DÉBIL y una SAL del mismo ÁCIDO o empleando una BASE DÉBIL y una SAL de la misma BASE. La solución amortiguadora contiene especies que van a reaccionar con los iones H+ y OH- agregados. Componentes: - Buffer ácido: Formado por un ácido débil y su sal. Ejemplo: CH3COOH/CH3COONa - Buffer básico: Formado por una base débil y su sal. Ejemplo: NH3 /NH4Cl Función e Importancia Biológica: En los organismos vivos, las células deben mantener un pH casi constante para la acción enzimática y metabólica. Los fluidos intracelulares y extracelulares contienen pares conjugados ácido-base que actúan como buffer. Buffer Intracelular más importante: H2PO4 - / HPO4 -2 Buffer Sanguíneo más importante: H2CO3 / HCO3 Otros sistemas que ayudan a mantener el pH sanguíneo son: H2PO4 - / HPO4 -2 Proteínas Ácidos Nucleicos Coenzimas Metabolitos intermediarios Algunos poseen grupos funcionales que son ácidos o bases débiles, por consiguiente, ejercen influencia en el pH intracelular y éste afecta la estructura y el comportamiento de tales moléculas. El pH sanguíneo 7.35 -7.45 pH sanguíneo 7.35 -7.45 Acidosis pH debajo de 7.35 Alcalosis pH arriba de 7.45. 

Ejemplos de Soluciones Amortiguadoras:



NH3 (base débil) y NH4Cl (ácido conjugado)



CH3COOH (ácido débil) y



CH3COONa (base conjugada)



El pH de la sangre permanece constante entre un margen de 7,3 y 7,5 (ligeramente básico) gracias a la acción de soluciones amortiguadoras presentes en las proteínas del suero sanguíneo. Dichas proteínas están

formadas por aminoácidos que presentan grupos carboxilo ácidos (-COOH) y también grupos básicos como los aminos (-NH 2). 

Mezclas de iones carbonato (CO32-) e iones bicarbonato (HCO3-)



Mezclas de iones fosfato ácido (H2PO4-) e iones de fosfato básico (HPO42-)



Mezcla de ácido fórmico (HCOOH) y formiato de potasio (HCOOK)



Mezcla de ácido benzoico (C6H5COOH) y benzoato de potasio (C6H5COONa)



Mezcla de ácido fosfórico (H3PO4) y fosfato de sodio (Na3PO4)

2. ¿Cuáles son los sistemas de amortiguación más importantes en los seres vivos? Explique brevemente cada uno de ellos. Todo organismo vivo produce en forma constante ácidos orgánicos resultantes de reacciones metabólicas, catabolismo proteico y otras moléculas activas, lo que genera un grado de acidez a los fluidos intra y extracelulares, que puede ser medido por el pH, el cual puede a su vez ser regulado a partir de los llamados " tampones fisiológicos" o sustancias "buffer", así como por la eliminación de ácidos o bases a través de los pulmones o riñones. Los fluidos orgánicos, así como las sustancias que se encuentran disueltas en ellos, pueden tener cambios en el pH, en función al tipo de ingesta alimenticia y las reacciones metabólicas existentes, por lo que la falta de esta regulación, puede llevar a reacciones indeseables en el organismo. De esta manera la respuesta inmediata producida por las sustancias tampón o buffer (fosfato, bicarbonato y hemoglobina), ante variaciones del pH se constituyen en la primera barrera de defensa para la estabilización de dichos cambios. Tomando en cuenta que el plasma sanguíneo y el fluido intersticial e intracelular tienen composición diferente en la concentración de electrolitos, se comprenderá que cada célula del organismo tiene un sistema propio de regulación de estas concentraciones, donde los aniones bicarbonato, fosfato mono y di básico y proteínas, se constituirán el sistema regulador más importante, estableciendo pH de 7.35 a 7,45 como valor normal. Es así que los sistemas amortiguadores pueden ser: a. Sanguíneos: donde interviene proteínas como la hemoglobina (Hb), oxihemoglobina (HbO2), sistema bicarbonato (HCO3 /H 2CO3), sistema fosfato (H2PO" 4/HPO2-4). b. Plasmáticos e intersticiales: donde intervienen el sistema bicarbonato (HCO3/H2CO3).

c. Intracelulares: donde intervienen predominantemente el sistema fosfato (H2PO"4/HPO22-4) y las proteínas (Hb/HbO2).3 BICARBONATO El bicarbonato es una sal acida derivada del ácido carbónico, de sabor ácido y de color blanco amarillento y constituye el principal amortiguador ácido-básico del organismo. Este elemento químico se origina del metabolismo del ácido carbónico cuando este pierde uno o dos protones y tiene la capacidad de alcalinizar el medio donde se encuentra disuelto. FOSFATOS La vía de las pentosas fosfato, es una vía secundaria del metabolismo de la glucosa, con el fin de generar reducción de NADPH +H+, producir pentosas como la ribosas-5-P, para la formación de ácidos nucleicos y la formación de monosacárido fosfato, para la producción de CO2. El HCO 3" producido al interior de la célula, luego del proceso tampón de la hemoglobina difunde por la membrana del glóbulo rojo e intercambia con iones cloro (CI") del plasma, mediante el mecanismo denominado desplazamiento del cloruro" HEMOGLOBINA Es una proteína globular que se encuentra en gran cantidad en los glóbulos rojos, siendo el transportador de O2 desde los pulmones hacia todos los tejidos del cuerpo, así como del CO2 y de H+ de los tejidos hacia los pulmones. Su anillo imidazolico, fijado con una histidina proximal, le permite tener el efecto tampón, Es decir que la oxigenación de la Hb aumenta la acidez del medio, al intervenir el H+ en dicha fijación, mientras que la desoxigenación aumenta su capacidad de base. El momento en el que el CO2 llega al eritrocito reacciona con el H 2O, por acción de la anhidrasa carbónica, produciendo (90%) y carbamino Hb (7%). El H 2CO3 pasa directamente a HCO3", liberando un H+, que se une a la desoxi Hb, produciendo desoxi Hb+, reteniendo dos hidrogeniones por cada O2 que pierde. De esta forma la mayor cantidad de CO2 es transportado, produciéndose un proceso inverso a nivel pulmonar. MECANISMO DE REGULACIÓN DE LOS AMORTIGUADORES BICARBONATO Este sistema amortiguador bicarbonato, básico e importante, puede en algún momento, ser superado por la producción de ácidos, y el consumo de toda la fuente de bicarbonato, activando de esta manera la reposición de dicho anión a nivel renal, sistema fisiológico que empieza a extraer del cuerpo el bicarbonato en forma de H2CO3, el que por acción de la misma anhidrasa carbónica, disocia a

esta molécula, convirtiéndola en HCO3 más hidrogeniones (H+), esta última sustancia se intercambia por sodio (Na), de forma tal, que por cada molécula de Na filtrada, se elimina un hidrogenión por la orina, acidificando de esta forma, este fluido orgánico, el cual deberá de igual forma que todos los fluidos del cuerpo, mantener un pH óptimo, que en su caso es de aproximadamente 6, el que puede sin embargo, ser modificado en caso de excreciones exageradas o insuficientes de hidrogeniones, lo que producirá cambios en la fisiología renal. Como se ha visto hasta el momento, la regulación del pH en los sistemas orgánicos es importante, de tal forma que se debe mantener un pH sanguíneo de 7,4 y una proporción de HCO"3 /H2CO3de20:1. MECANISMO DE REGULACIÓN DE LOS AMORTIGUADORES FOSFATO Si bien el pH corporal, permite la vida mientras se encuentre entre 7,00 y 7,80, los procesos relacionados a acidosis se encuentran con un pH menor a 7,35, mientras que la alcalosis se presenta cuando el pH supera los 7,45, con las consiguientes alteraciones respiratorias y metabólicas. El sistema de amortiguación de los fosfatos, permite de igual forma, pero con menor participación, la regulación del pH sanguíneo, a través de la formación del fosfato mono ácido (HPO42) en fosfato di ácido (HPO4-) que será excretado por la orina, el protón eliminado será intercambiado de la misma manera como se explicó anteriormente, por un ion Na. MECANISMO DE ACCIÓN DEL SISTEMA REGULADOR DE LAS PROTEÍNAS Las proteínas involucradas en la formación y transporte del ácido carbónico, se orientan principalmente a la hemoglobina, elemento que participa en forma importante en la amortiguación de las sustancias. Es de esta forma, que la desoxi hemoglobina se convierte en un regulador de mejor calidad que la oxihemoglobina, en el sentido que la capacidad de captación de oxígeno por los tejidos mejora la capacidad de regulación de la Hb, constituyéndose en la proteína de mejor y mayor capacidad de tampón, en relación a otras proteínas plasmáticas. La capacidad de amortiguación de las proteínas se debe a la presencia de: a) Grupos ionizables de las cadenas laterales de los aminoácidos (AA): aspartato (Asp), glucosa (Glu), lisina (Lys), arginina (Arg), histamina (His), tirosina (Tyr), cisteína (Cys). b) Grupos COOH y NH2 terminales. El grupo imidazólico de la histidina será el principal responsable del poder de amortiguación de las proteínas ante cambios del pH, debido a que su pK está cerca de 7. Es así que cuando se encuentra un pH bajo, los grupos ionizables se protonan y su carga es positiva, mientras que si el pH es alto, los grupos se desprotonan y su carga se hace negativa.

La hemoglobina al ser una proteína globular, que tiene la capacidad de transportar oxígeno, regula La producción de H+, de dos formas: a) mediante un efecto amortiguador, combinándose con H+, en este caso su capacidad procede de los grupos ionizables, con un pK cercano al pH dentro del eritrocito, pero no puede amortiguar la cantidad total de H+ que fue generado por el transporte de CO2 y eso explica la pequeña diferencia del n que existe entre la sangre arterial y venosa. b) mediante un mecanismo izo hídrico, denominado efecto de Bohr, el que consiste en la disminución de la afinidad de la hemoglobina por el O 2, cuando el pH disminuye.

3. ¿Cuáles son los criterios que se deben tener en cuenta para preparar un buen amortiguador para una reacción bioquímica? Soluciones amortiguadoras Para preparar una solución amortiguadora se tiene en cuenta el pH al que se necesita. En el caso de las enzimas, el amortiguador se usa al pH de la máxima actividad enzimática. Para garantizar que el pH se mantenga y que pequeños cambios en la concentración de H+ o OH- (liberados en las reacciones químicas o enzimáticas) no afecten el pH, se usan amortiguadores con un pKa cercano al pH de la máxima actividad de la enzima. Además del pKa es necesario tener en cuenta que el amortiguador no sea toxico en la reacción, que sea estable y que se disuelva en agua fácilmente. Para preparar un amortiguador siempre se necesita la sustancia amortiguadora en forma de sal y su respectivo ácido o base débil (conjugada); o dos sales que al disociarse generen el sistema amortiguador. Hay varias formas para preparar una solución amortiguadora: 1. Se pesan las dos sales por separado y se disuelven en agua 2. Se pesan la base y ácido por separado para formar la sal se disuelve en agua y luego se adiciona un ácido o una base fuerte.

4. Escriba la ecuación de Henderson para una solución amortiguadora. La ecuación de Henderson-Hasselbalch es una expresión matemática que permite el cálculo del pH de un amortiguador o solución amortiguadora. Se basa en el pKa del ácido y la relación entre las concentraciones de la base conjugada o sal y del ácido, presentes en la solución amortiguadora.

La ecuación fue inicialmente desarrollada por Lawrence Joseph Henderson (18781942) en el año 1907. Este químico estableció los componentes de su ecuación con base del ácido carbónico como una solución amortiguadora o tampón.

Ecuación de Henderson-Hasselbalch. Posteriormente, Karl Albert Hasselbalch (1874-1962) introduce en 1917 el uso de los logaritmos para complementar la ecuación de Henderson. El químico danés estudió las reacciones de la sangre con el oxígeno y el efecto sobre su pH. Una solución amortiguadora es capaz de minimizar los cambios de pH que sufre una disolución al añadirle un volumen de ácido o base fuertes. Está formada por un ácido débil y su base conjugada fuerte el cual se disocia rápidamente. Desarrollo matemático Un ácido débil en una solución acuosa se disocia de acuerdo a la Ley de acción de masas, según el siguiente esquema: HA

+

H2O ⇌ H+

+

A–

HA es el ácido débil y A– su base conjugada. Esta reacción es reversible y posee una constante de equilibrio (Ka): Ka = [H+] ·[A–] / [HA] Tomando logaritmos: Log Ka = log [H+] + log [A–] – log [HA] Si se multiplica cada término de la ecuación por (-1), esta queda expresada en la forma siguiente: – log Ka = – log [H+] – log [A] + log [HA]

El – log Ka es definido como pKa y el – log [H +] es definido como pH. Después de hacer la debida sustitución, la expresión matemática se reduce a: PKa = pH – log [A–] + log [HA] Despejando el pH y reagrupando términos, la ecuación se expresa en la forma siguiente: PH = pKa + log [A–] / [HA]

RESULTADOS

CONCLUCIONES

-

Concluimos que el laboratorio se llevó a cabo con una buena obtención y satisfactorios resultados, también un correcto uso y manipulación del pH-metro el cual fue una ayuda para la obtención del pH experimentalmente

BIBLIOGRAFIA

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https://www.studocu.com/co/document/instituto-tecnologicometropolitano/quimica-analitica-ii/apuntes//5811081/view http://alevazquez.com.ar/archivos/pdfs/buffer.pdf https://www.quimicas.net/2015/11/ejemplos-de-solucionesamortiguadoras.html

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http://www.revistasbolivianas.org.bo/scielo.php?pid=s230437682014000100003&script=sci_arttext https://www.lifeder.com/ecuacion-de-henderson-hasselbalch/ http://laboratoriobioquimicanellydiazpuentes.blogspot.com/2 007/11/soluciones-amortiguadoras.html...