Ejercicios: pH y disoluciones amortiguadoras

Ejercicio 1

Ejercicios-disolucion-amortiguadora-pH-acetico-acetato

Ejercicio 2

Ejercicios-disolucion-amortiguadora-pH-amoniaco-amonio

Ejercicio 3

Ejercicios-disolucion-amortiguadora-pH-metilamina-metilamonio

Disoluciones amortiguadoras

Se llaman disoluciones amortiguadoras, reguladoras o tampón a aquellas que son capaces de mantener su pH prácticamente constante, aunque se les añadan pequeñas cantidades de un ácido o una base, o cuando se diluyen.

Estas disoluciones están formadas por:

  • Un ácido débil y una sal de ese ácido débil, que al disociarse produce la base conjugada de dicho ácido.
  • Una base débil y una sal de esa base débil, que al disociarse produce el ácido conjugado de dicha base.

Efecto del ion común

Consiste en el desplazamiento de un equilibrio iónico cuando varía la concentración de uno de los iones que intervienen en él, debido a la presencia en la disolución de una sal disuelta que lo contiene.

Disolución reguladora formada por un ácido débil y una sal de ese ácido débil

Es el caso, por ejemplo, de la disolución formada por el sistema CH3COOH/CH3COONa, en el cual:

disolucion-amortiguadora-sistema-acetico-acetato

Debido al efecto del ion común, por la presencia del anión acetato procedente de la sal, el equilibrio de ionización del ácido está muy desplazado hacia la izquierda, por lo que la concentración de iones H3Oes pequeña. La capacidad de esta disolución de mantener constante su pH se entiende al analizar su comportamiento frente a ácidos y frente a bases:

  • Al añadir una pequeña cantidad de ácido, el equilibrio de ionización del ácido débil se desplaza hacia la izquierda, por lo que el aumento de la concentración de H3Oes poco significativo y el pH apenas varía.
  • Al añadir una pequeña cantidad de base, la concentración de H3Odisminuye y el equilibrio de ionización del ácido débil se desplaza hacia la derecha, mitigando el aumento de pH que se logra mantener casi invariable.

De modo que el pH de la disolución está prácticamente controlado por el equilibrio de ionización del ácido débil:

disolucion-amortiguadora-pH-sistema-acetico-acetato

DISOLUCIÓN REGULADORA FORMADA POR UNa base DÉBIL Y UNA SAL DE ESa base DÉBIL

Es el caso, por ejemplo, de la disolución formada por el sistema NH3/NH4Cl, en el cual:

disolucion-amortiguadora-sistema-amoniaco-amonio

Al igual que antes, debido al efecto del ion común, la presencia del catión amonio procedente de la sal hace que el equilibrio de ionización de la base está muy desplazado hacia la izquierda, por lo que la concentración de iones OH– es pequeña, por lo que:

  • Al añadir una pequeña cantidad de ácido, el equilibrio de ionización de la base débil se desplaza hacia la derecha, mitigando la disminución del pH.
  • Al añadir una pequeña cantidad de base, el equilibrio de ionización de la base débil se desplaza hacia la izquierda, eliminando el exceso de iones OH, evitando en lo posible un aumento del pH.

Así, el pH de la disolución está prácticamente controlado por el equilibrio de ionización de la base débil:

disolucion-amortiguadora-pOH-sistema-amoniaco-amonio

Sistemas tampón biológicos

El mantenimiento del pH es esencial para el correcto funcionamiento de la actividad celular, pues una alteración del mismo modificaría la estructura de las proteínas y de los ácidos nucleicos y afectaría a la capacidad de acción de las enzimas.

Los valores constantes de pH en los seres vivos se mantienen gracias a los sistemas tampón, y los más importantes son el sistema tampón fosfato y el sistema tampón bicarbonato.

Puedes comprobar el efecto de las disoluciones amortiguadoras en el pH con los ejercicios que tienes aquí.

Las sales minerales en los seres vivos

Cuando hablamos de sales minerales en los seres vivos nos referimos a todas aquellas moléculas inorgánicas de naturaleza iónica que aparecen en ellos, tanto en estado sólido o precipitadas, como en disolución o asociadas a otras moléculas.

Sales minerales precipitadas

Son las sales insolubles que aparecen en estado sólido cristalino en los seres vivos y que desempeñan funciones estructurales, protectoras o de sostén. Entre ellas encontramos:

  • Carbonato de calcio, que constituye el exoesqueleto de los artrópodos y de los corales, las conchas de moluscos o las espinas de los erizos de mar, además de endurecer los huesos y dientes de los vertebrados.
  • Fosfato cálcico que, junto con el anterior, se encuentra depositado en la matriz de los tejidos óseos de los vertebrados.
  • Silicatos, que aparecen en las estructuras de sostén de las gramíneas o en los caparazones de las diatomeas.

Sales minerales disueltas

Son aquellas que aparecen en el medio acuoso intracelular y extracelular disociadas en sus correspondientes iones.

Sus principales funciones son:

  • Mantener el grado de salinidad y la homeostasis (equilibrio del medio interno) de los organismos.
  • Regular la presión osmótica y el volumen celular: la entrada o salida de agua a través de la membrana plasmática depende de la concentración de sales en el interior y el exterior de la célula.
  • Generar potenciales eléctricos: la diferencia de concentración de determinados iones entre el interior y el exterior de la célula genera un potencial de membrana que resulta fundamental para el buen desarrollo de ciertos procesos, como la contracción muscular o la transmisión del impulso nervioso.
  • Regular la actividad enzimática, al asociarse a los sustratos o a las enzimas que participan en determinadas reacciones metabólicas.
  • Regulación del pH: las disoluciones amortiguadoras o tampón se encargan de mantener constante el pH del medio interno.
  • Funciones específicas, pudiendo estar asociadas a otras moléculas orgánicas.

Fenómenos osmóticos

La ósmosis es un fenómeno en el que se produce el paso o difusión de disolvente a través de una membrana semipermeable (permite el paso de disolvente pero no de solutos) desde una disolución más diluida hasta otra más concentrada (pues tienden a igualar las concentraciones de ambas disoluciones, es decir, sus presiones osmóticas).

osmosis

La membrana plasmática es semipermeable frente al agua, de modo que dependiendo de las características del medio se pueden dar tres situaciones:

  • Cuando una célula se encuentra en un medio hipotónico (tiene una menor presión osmótica o una concentración salina inferior a la del medio interno) tiene lugar una entrada de agua en la célula, con el consiguiente aumento de volumen. Se produce turgencia celular e incluso el estallido en el caso de las células animales.
  • Cuando una célula se encuentra en un medio hipertónico (con mayor presión osmótica o una concentración salina superior a la del medio interno) se produce salida de agua desde la célula al medio externo y disminuye su volumen. En las células vegetales puede conducir a la rotura de la célula o plasmólisis, al desprenderse la membrana de la pared celular.
  • Cuando una célula se encuentra en un medio isotónico (la presión osmótica o la concentración salina es igual a la del medio interno) y no se produce intercambio de agua.

Osmosis-hipertonico-hipotonico-isotonico

Los seres vivos han desarrollado sistemas de osmorregulación, para evitar los cambios de presión osmótica en su medio interno. Así, en los seres humanos la absorción de agua y sales se produce a través de la mucosa intestinal y su expulsión se produce de manera controlada a través de la orina.

Sistemas amortiguadores o tampón

El mantenimiento del pH es esencial para el correcto funcionamiento de la actividad celular, pues una alteración del mismo modificaría la estructura de las proteínas y de los ácidos nucleicos y afectaría a la capacidad de acción de las enzimas.

Los valores constantes de pH en los seres vivos se mantienen gracias a los sistemas tampón, y los más importantes son el sistema tampón fosfato y el sistema tampón bicarbonato:

Sistemas-amortiguadores-tampon

En el medio intracelular actúa el sistema tampón fosfato y en el medio extracelular lo hace el sistema tampón bicarbonato. Por ejemplo, cuando se produce un aumento en la concentración de protones, el equilibrio se desplaza hacia la izquierda, y si, por el contrario, se produce una disminución, el equilibrio se desplaza en sentido contrario.

Funciones de los principales bioelementos

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