Traducción hecha en las Universidades de Valladolid y de Alcalá de Henares, España
Problemas de ácidos y bases
Problema 11: pH y capacidad tamponante de una mezcla
Tutoría para ayudar a responder el problemaSi se mezclan volúmenes iguales de NaH2PO4 0,05 M y H3PO4 0,05 M, ¿cuál de las siguientes opciones describe mejor la disolución resultante? (Los pKa para el ácido fosfórico son 2,0, 6,8 y 12,0)
A. pH 2 y pobre tamponamiento.. B. pH 2 y buen tamponamiento. C. pH 6,8 y buen tamponamiento. D. pH 12 y buen tamponamiento. E. pH 6,8 y pobre tamponamiento.
Tutoría
Reconocimiento adecuado de las formas protonadas y desprotonadas de un ácido con varias ionizaciones.| El ácido fosfórico puede seguir tres ionizaciones, por lo tanto tiene tres valores de pKa (dados
como 2,0, 6,8 y 12,0 en el problema). El ácido
fosfórico como grupo fosfato tiene gran importancia biológica debido a su
papel en DNA/RNA, en moléculas energéticas como el ATP,
en la fosforilación de proteínas, etc.; merece la pena,
por ello, dedicar un tiempo a examinar esas reacciones de
ionización.
Imagina la forma inicial totalmente protonada. Intuitivamente, esta protonación total debería ocurrir cuando la [H+] es muy alta, es decir, a bajo pH. Así, a pH 1, o menos, más del 90% del ácido fosfórico está como H3PO4. Ahora imagina que se añade NaOH a una disolución de H3PO4 a pH 1. Los iones OH- se combinan con los H+ para dar agua, lo que eleva el pH y deja Na+ en la disolución. Cuando el pH se va acercando a 2,0, ¿qué ocurre con el H3PO4? Puesto que 2,0 es el primer pKa, se empezará a liberar el primer protón. Esto tiene dos consecuencias, una concierne a la forma química del H3PO4 y la otra al tamponamiento. |
| En lo concerniente a la forma química del H3PO4, una vez que el primer H+ se ha liberado totalmente (lo que ocurre cuando el pH está por encima de 3), lo que tenemos es H2PO4-. Pero como en esta reacción también se libera Na+ (al combinarse el OH- y el
H+ para producir agua), podemos poner que los iones en la disolución están como Na+H2PO4-, o simplemente NaH2PO4 (dihidrógeno fosfato de sodio).
Así, esta primera ionización se escribe como sigue:
NaOH + H3PO4 ¿Cuál es la reacción de la tercera ionización? |
H2O + NaH2PO4 ; pKa = 2,0
| Como para la parte anterior, sólo necesitamos
darnos cuenta de que durante la transición entre el pH 1,0 y el
3,0 la mayoría de los H+ que se utilizan para combinarse con el OH- proceden del H3PO4. Los protones no vienen del agua pero la relación [H+] x [OH-] = 10 - 14
aún se mantiene; por tanto, el pH no cambia mucho cuando se
añade NaOH en la transición de pH 1 a 3. Este no es
el caso entre, por ejemplo, los pH 3,0 y 5,8, cuando la adición
de NaOH no toma H+ del fosfato, puesto que no hay valor de pKa para la disociación del fosfato en este intervalo (el segundo pKa corresponde a 6,8). Así, los protones deben proceder del agua y el pH cambia bruscamente en este intervalo.
El concepto de tamponamiento se puede mostrar gráficamente, como se ve debajo.
En este problema, la disolución de ácido fosfórico amortiguará los cambios de pH cuando se añade NaOH hasta que casi todo el H3PO4 haya pasado a la forma H2PO4-. A valores de pH >> pKa, la afinidad del ácido fosfórico por los protones no es suficiente para unir H+ hasta que no se alcance el siguiente valor de pKa, y a valores de pH << pKa, prácticamente todo el ácido fosfórico ha unido ya H+ y no está disponible para unir más H+ adicionales. Por tanto, el ácido fosfórico, como cualquier otro ácido o base débil, sólo es efectivo como tampón a valores de pH de una unidad por encima o por debajo de su pKa . |
El Proyecto Biológico > Bioquímica > Ácidos y bases
Department of Biochemistry and Molecular Biophysics
The University of Arizona
January 6, 1999
Revised: October 2004
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