Tema 4, ionización de agua PDF

Preview

Summary

Juan Rigoberto Tejedo Huamán...

Description

TEMA 4: IONIZACIÓN DEL AGUA

El agua se encuentra ligeramente ionizada en iones de hidrógeno y en iones hidroxilo, que como toda reacción reversible se puede describir como una ecuación de equilibrio:

H 2O

H   OH 



El equilibrio está muy desplazado hacia la izquierda. Aunque normalmente se muestra el producto de disociación del agua como H+, los protones no pueden existir libres en solución puesto que son inmediatamente hidratados para formar iones hidronio. Un ión hidronio es una molécula de agua asociada con uno de los pares de electrones no unidos (¿de un protón no?).

Los iones hidronios están solvatados por las moléculas de agua cercanas. Cuando un ión hidronio cede un protón, una molécula de agua a cierta distancia adquiere uno convirtiéndose en un ión hidronio. Esto permite una movilidad muy rápida de protones en el agua a través del "salto de protones". El salto de protones se conoce como la capacidad de trasladar un protón a moléculas distantes: ningún protón individual se mueve muy lejos a través de la disolución, pero una serie de salto de protones entre moléculas de agua causa el movimiento neto de un protón a gran distancia. El grado de ionización del agua en el equilibrio es pequeño. La constante de equilibrio para la ionización reversible del agua se puede calcular experimentalmente 1.8x10-16 M. Asimismo la concentración de agua a 25ºC puede ser determinada a partir de la densidad del agua: 55.5 M

H OH  

Keq 



55,5M





K w  K eq  [H 2O]  [H ][OH- ]  55,5M  1,8x1016 M  1 1014 M 2

Donde Kw designa el producto iónico del agua. Cuando existen concentraciones exactamente iguales de H+ y OH-, tal como sucede en el agua pura, se dice que la solución está a pH neutro:

H  OH  10 



7

M pH es definido como el logaritmo negativo de la concentración de protones.

1

1.- Disociación de electrolitos débilies Los ácidos y bases débiles (que no están completamente ionizados) son frecuentes en los sistemas biológicos y juegan papeles importantes en el metabolismo y su regulación. La magnitud de la disociación está determinada por la constante de acidez Ka. Podemos calcular el pH si Ka es conocida: O H3C

Ka

O H3C

OH

+

H+

O-

Podemos realizar una aproximación (segunda fila) suponiendo que el grado de disociación es relativamente bajo comparado con la concetración del ácido.

Análogamente al pH, definimos pKa como menos el logaritmo de Ka. Cuanto más fuerte es la tendencia a disociar un protón, más fuerte es el ácido y menor su pKa. 2.- Tampones Los tampones son mezclas de ácidos débiles y de sus bases conjugadas (sus aniones). Facilitan que la solución sea resistente a cambios de pH. El pKa coincide con el pH al cual la concentración de base y ácido se equilibra. Cada par conjugado ácido-base tiene una zona característica de pH en la que el tampón es eficaz (es máximo cuando pH=pKa y deja de tener efecto cuando la diferencia supera la unidad). La ecuación de Henderson-Hasselbalch nos permite calcular el pKa a partir del pH y la relación entre dador y aceptor de prot:

pH  pK a  log

[A - ] [HA]

3.- Sistemas biológicos Los sistemas biológicos ayudan a mantener el pH intracelular constante. Dependiendo del compartimento será característico un pH u otro. Por ejemplo los fagosomas poseen un pH ácido debido a que las enzimas que se encuentran en él actúan a dicho pH óptimo debido al grado de ionización total de la enzima y al grado de ionización de su sitio activo ya que la catálisis dependerá de si sus aminoácidos están ionizados o no. Dos tampones biológicos especialmente importantes son los sistemas fosfato que actúa en el citoplasma de todas las células y bicarbonato que actúa en el plasma sanguíneo. Los aminoácidos tienen la capacidad de actuar como tampones: la cadena lateral de histidina tiene un pKa 6.0 por lo que puede tamponar de manera eficiente a un pH cercano a la neutralidad. 4.- El agua es un reactivo importante Es una de las razones por la que la vida ha surgido en el agua. La formación de ATP a partir de ADP y fosfato inorgánico constituye un ejemplo de una reacción de condensación en la que se eliminan los elementos del agua. La reacción inversa es una reacción de hidrólisis. Las reacciones de hidrólisis son también responsables de la despolimerización enzimática de proteínas, glúcidos y ácidos nucleicos.

2...