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UNIVERSIDAD DE LOS LLANOS Facultad de Ciencias básicas e ingenierías Departamento de Biología y Química

INFORME DE LABORATORIO BIOQUÍMICA

SOLUCIONES BUFFER Y CAPACIDAD AMORTIGUADORA Alexander Camelo 1; Jenny Garzon 1 1,1

Biología, Facultad de ciencias básicas e ingeniería, Universidad de los Llanos, Villavicencio, Colombia

RESUMEN Las soluciones buffer están relacionadas con los sistemas que resisten cambios en el pH cuando se adicionan cantidades de ácido o base fuerte a una solución, por esta razón se prepararon dos soluciones buffer a diferente pH y se evaluó la capacidad amortiguadora a la solución que cumplía con el pH determinado para el sistema. Se prepararon dos soluciones a una misma concentración, una de KH2PO4 y la otra de K2HPO4, esto para elaborar el buffer, en diferentes tubos de ensayo se agregaron diferentes volúmenes de las dos soluciones, donde la suma de estos dos fuera 10 ml, posteriormente se procedió a medir el pH correspondiente a cada una de las mezclas, esta medición se realizó con dos métodos, el primero con el pHmetro y el segundo con el indicador azul de bromotimol, finalmente se midió la capacidad amortiguadora, titulando la mezcla dividida en dos, una mitad con NaOH y la otra mitad con HCl, al realizar este último procedimiento nos damos cuenta que las soluciones buffer al tener las adiciones de ácido o base, el pH no tiene cambios tan extremos a comparación con un blanco, por lo tanto estos sistemas son tan vitales para la existencia de los organismos vivos, ya que un cambio brusco de pH en cualquier organismo podría causar la muerte, debido a que las células perderían su funcionamiento normal con la alteración pH.

Palabras clave: soluciones amortiguadoras, capacidad amortiguadora, buffer, pH, concentración INTRODUCCIÓN Las disoluciones amortiguadoras son frecuentes en la naturaleza, como es el caso del sistema H2CO3/NaHCO3 que predomina en el plasma y fluido intersticial (Vega & Konigsberg, 2001). Asimismo, los amortiguadores tienen diversas aplicaciones, como en los medios empleados en los cultivos bacterianos que requieren de cierto valor de pH para que las bacterias crezcan (Umland & Bellama, 1999) Una disolución amortiguadora, llamada también disolución reguladora, buffer o tampón (Harris, 2001), es aquella que tiene la capacidad de regular los cambios bruscos de pH

debidos a la adición de ácidos o bases fuertes y de resistir los cambios de pH por efecto de diluciones (Skoog et al, 2001). Una disolución amortiguadora está formada por un ácido débil y su base conjugada o bien por un base débil y su acido conjugado; de manera tal que en la misma disolución coexisten un componente que reacciona con los ácidos (la base) y otro que reacciona con las bases (el ácido). En los organismos vivos se están produciendo continuamente ácidos orgánicos que son productos finales de reacciones metabólicas, catabolismo de proteínas y otras moléculas biológicamente activas. Mantener el pH en los fluidos intra y extracelulares es fundamental puesto que ello influye en

la actividad biológica de las proteínas, enzimas, hormonas, la distribución de iones a través de membranas, etc… La manera en que podemos regular el pH dentro de los límites compatibles con la vida son: 1) los tampones fisiológicos y 2) la eliminación de ácidos y bases por compensación respiratoria y renal. Los tampones fisiológicos son la primera línea de defensa frente a los cambios de pH de los líquidos corporales, entre los que destacan: el tampón fosfato, el tampón bicarbonato y el tampón hemoglobina. Muchas reacciones químicas que se llevan a cabo en los sistemas vivos son extremadamente sensibles al pH, numerosas enzimas que catalizan las reacciones biológicas químicas importantes solo son eficaces en un intervalo muy estrecho de pH. (Cáceres, 2012) SECCIÓN EXPERIMENTAL Preparación de una solución de fosfato monobásico de potasio KH2PO4 0.15 M: Se preparó 25 mL de solución de fosfato monobásico de potasio KH2PO4 al 0.15 M. para esta se procedió a pesar 0.51 gramos de KH2PO4, y se adicionaron a un vaso de precipitado con 10 mL de agua destilada, agitando hasta que el fosfato se disolviera, se adicionaron en un balón aforado de 25 mL, llevando el volumen hasta el aforo con agua destilada. Preparación de una solución de fosfato dibásico de potasio K2HPO4 0.15 M: Se prepara 100 mL de solución de fosfato dibásico de potasio K2HPO4, al 0.15M, este se preparó pesando 2.61 gramos de K2HPO4 , luego se adicionaron a un vaso de precipitado que contenga aproximadamente de 20 mL de agua destilada, agitando hasta que el fosfato se disolviera, enseguida se adicionaron en un balón aforad de 100 mL, y se llevó el volumen hasta el aforo con agua destilada Preparación de una solución amortiguadora o buffer: Se rotularon 7 tubos de ensayo de 1-7, se depositó con una pipeta en cada tubo soluciones en las proporciones ilustradas en la tabla 1. Posteriormente de las mezclas se midió el pH en cada tubo con un pH metro, lavando en cada uso el electrodo. Determinación de pH con ayuda de un indicador: Se añadió dos gotas de indicador azul de bromotimol mezclando y se anotaron los colores desarrollados Medida de la capacidad amortiguadora de una solución buffer: Se midió con el pH metro y luego se

anotó el pH de la solución de NaOH 0.1 N y de la solución HCl 0.1 N, (fig. 1) posteriormente se tomó la solución buffer preparada en el tubo #5 y se dividió en partes iguales en dos tubos de ensayo, después se rotularon los tubos con las siglas 5A y 5B. Se tomó dos tubos de ensayo más y se preparó un blanco (blanco A y blanco B) que solo contenía agua destilada, luego se midió el pH y después se anotó. Posteriormente se adicionó dos gotas del indicador azul de bromotimol y se tituló el tubo 5A con NaOH 0.1 N después se adicionó 0.7 mL de la base hasta completar un volumen de base de 7 mL, y se midió el pH después de cada adición de la base. Se realizó el mismo procedimiento en simultáneo con el blanco A. Luego se tituló el tubo 5B con HCl 0.1 N después se realizó adiciones de 0.7 mL del ácido hasta completar un volumen de ácido de 7 mL, y se midió el pH después de cada adición de la base. Finalmente se realizó el mismo procedimiento en simultáneo con el blanco B.

pHmetro

Electrodo Soporte

1. Resultados y análisis Sustancia

Pinza de apoyo

Figura 1. Montaje experimental para medir pH Reactivos.

pH vs NaOH

RESULTADOS Y ANÁLISIS

pH (5A)

Resultados. buffer y el pH obtenido a partir de las 2 soluciones. Volumen de K2HPO4 (mL)

Volumen de KH2PO4 (mL)

pH esperado

1

9.7

0.3

8.2

7,9

azul

2 3 4 *5 6 7

9.2 8.7 8.0 6.1 5.0 3.8

0.8 1.3 2,0 3.9 5.0 1.2

7.8 7.6 7.4 7.0 6.8 6.6

7.8 7,6 7,5 7.0 6,9 6.6

azul azul azul verde verde verde



pH obtenido

pH, indicador azul de bromo timol



Datos de pH obtenidos de manera directa con el pHmetro Porcentaje de error en el pH obtenido



%𝑒𝑟𝑟𝑜𝑟 =

𝑎𝑝𝑟𝑜𝑥𝑖𝑚𝑎𝑑𝑜−𝑒𝑥𝑎𝑐𝑡𝑜 𝑒𝑥𝑎𝑐𝑡𝑜

𝑥100

Ecuación 1

Tubo 1

%error =

8.2 − 7.9 𝑥100 = 3.6 8.2

Tabla 2. Titulación con NaOH (0,1 N) Volumen pH (5A) (mL) 7,51 0,7 7,60 1,4 7,70 2,1 7,80 2,8 8,30 3,5 8,80 4,2 10,40 4,9 10,80 5,6 11,20 6,3 11,42 7,0 

0

2

4

6

8

Volumen ( mL) NaOH 0.1N

Fig. 2 pH vs volumen de NaOH en solución buffer (5B) y blanco (BA)

Tabla 3. Titulación con HCl (0,1 N) Volumen pH (5B) pH(BB) 6,9 2,3 0,7 6,5 1,9 1,4 6,0 1,6 2,1 3,3 1,4 2,8 2,5 1,3 3,5 2,2 1,3 4,2 1,9 1,2 4,9 1,8 1,2 5,6 1,7 1,1 6,3 1,5 1,0 7  Datos obtenidos de pH obtenidos de manera directa con el pHmetro

pH vs HCl pH(BA) 12,19 12,46 12,58 12,70 12,78 12,83 12,90 12,91 12,95 12,95

Datos obtenidos de manera directa con el pHmetro

pH

Tu bo

pH

Tabla 1. Cantidades establecidas para preparar solución

pH(BA)

14 12 10 8 6 4 2 0

pH (5B)

8 7 6 5 4 3 2 1 0 0

2

4

pH(Bb)

6

8

Volumen (mL) HCl 0.1N

Fig. 3 pH vs volumen de HCl en solución buffer (5B) y blanco (Bb)

Análisis Las soluciones amortiguadoras o buffer (ácido+sal), son una mezcla en concentraciones elevadas de un ácido y su base conjugada, su acción principal es de absorber los iones de hidrógeno o iones de hidroxilo. Por lo que tienen la capacidad de mantener estable el pH de una disolución cuando se le añade un ácido o base fuerte. Se oponen al cambio de pH, es decir, mantiene la acidez o basicidad de un sistema dentro de un intervalo de pH. (Túnez, Galván & Fernández, 2014) La ecuación HERDERSON-HASSELBACH deduce que el pH de las soluciones amortiguadoras depende de dos factores: el valor de pKa y las proporciones de sal a ácidos o bases, donde, se consideran iguales las cantidades de sal y ácido o bases mezcladas en el intervalo de pH de 4 y 10, donde las concentraciones de H+ y OHson muy bajas y se puedan ignorar. (Túnez et,. al)

Ecuación 2

pH = grado de acidez o basicidad de una solución pKa = valor del potencial de la constante de acidez del ácido débil S = concentración de la sal A= concentración del ácido “El tampón fosfato es inorgánico y se encuentra en los líquidos intracelulares y mantiene el pH en torno al 6,9 debido al equilibrio existente entre un ácido débil; el dihidrógeno fosfato (DHP) y su base: el monohidrógeno fosfato (MHP). Ambos compuestos mantienen un equilibrio entre sí, pudiendo el DHP liberar un protón y transformarse en MHP, y el MHP puede unirse aun protón para originar una molécula de DHP, H2PO4- ⇄ HPO4-2 + H+” (Túnez et,. al) Es decir, a pH fisiológico, las especies del fosfato con capacidad de tamponar son H2PO4- y HPO4-2 ya que su valor de pK es de 6,9. En la tabla 1 se puede observar el pH esperado y el obtenido de cada solución buffer al ser preparada; claramente se observa que el tubo 1, tubo 4 y tubo 6 presentaron un porcentaje de error ya que no dio el pH esperado. La solución del tubo 1 tuvo un porcentaje de error de 3,6% siendo así el error más alto, esto pudo

pasar tal vez porque la solución no se midió con exactitud, porque se haya contaminado con otra solución etc. Tomando como referencia los pH experimentales de la tabla 1, la solución del tubo 5 fue la elegida para medir la capacidad amortiguadora, ya que el pH experimental fue de 7.0 siendo así una solución neutra. (Garzon, 1986) Al evaluar la capacidad amortiguadora de la solución buffer con NaOH (base fuerte) y HCl (acido) datos que se observan en la tabla 2 (NaOH) y 3 (HCl) y más gráficamente en la figura 2 y 3. Se puede ver en la fig. 2 como la solución buffer (5A) a comparación del blanco (BA) mantiene el pH de una forma que este no se altera de manera rápida hasta 4,2 mL de NaOH adicionados punto en el que el pH varia más, pero aun así se mantiene por debajo del pH de la solución BA. En la fig. 3 La solución buffer (5B) mantiene el mismo comportamiento de la solución 5A, con la diferencia que esta controla que el pH no se acidifique de manera rápida, el BB cambia su pH de forma rápida en la primera gota agregada de HCl hasta 2.3, mientras la solución buffer no permite que este cambio tan brusco suceda bajando de 7.0 a 6,9 como se observa en la tabla 3. La solución buffer va perdiendo su capacidad amortiguadora a medida que aumenta la cantidad de HCl agregada y va tomando valores similares a la BB de manera más lenta. Cuando las soluciones buffer empiezan a perder capacidad de amortiguamiento empieza a tener cambios significativos, lo que ocasiona mal funcionamiento en un organismo vivo, que podría provocar inmediatamente su muerte, esto se debe a que la solución amortiguadora, no resiste cambios excesivos de pH (Túnez et,. al), permitiendo que la actividad biológica de enzimas, proteínas, hormonas, bombas de iones entre otras sea optima(Galvez,NF), en el ser humanos los valores extremos compatibles con la vida y con el mantenimiento de funciones vitales oscilan entre 6,8 y 7,8 de pH; siendo el estrecho margen de 7,35 a 7,45 el de normalidad Túnez et,. al). Estas soluciones cumplen sus funciones de manera eficiente. CONCLUSIONES  Las soluciones amortiguadoras o tampón, son sistemas acuosos que tienden a resistir cambios en





su pH, cuando se añaden pequeñas cantidades de ácido o base. Las soluciones buffer tienen límite de amortiguación y es cuando permiten que el pH cambie de manera brusca y pierda su estabilidad. Las soluciones buffer permiten que un cuerpo cumpla con sus actividades biológicas correctamente.

REFERENCIAS. Cáceres, B. (2012). Sistemas de Amortiguadores Biológicos. [online] Amortiguadoresbiologi cos.blogspot.com.co. Available at: http://amortiguadoresbiologicos.blogspot.com.co/ [Accessed 8 Sep. 2017]. Galvez A. (NF). Los principales amortiguadores en el organismo humano y su importancia en su función reguladora Skoog D A., West DM., Holler F. J, Crouch S R. 2008. Fundamentos de Química Analítica. 8ª edición. Thomson Learning, México. Túnez, I., Galván, A. & Fernández, E. (2014). pH y amortiguadores: Tampones fisiológicos. Tomado de: http://www.uco.es/organiza/departamentos/bioquimica-biol-mol/pdfs/06%20pH%20AMORTIGUADORES.pdf Umland J.B., Bellama J.M. Química General. 2000. 3a edición. International Thomson Editores, S.A. de C.V. Vega A.E, Konisberg F.M. 2001. La teoría y la práctica en el laboratorio de química general para Ciencias Biológicas y de la Salud. 1ª ed. Universidad Autónoma Metropolitana. México