Las soluciones tampón son uno de los tipos más importantes de reactivo químico utilizado en la investigación química, la investigación biológica y la industria. Su utilidad proviene principalmente de su capacidad para resistir los cambios en el pH. Si prestaste atención en la clase de ciencias, recordarás que el pH es una unidad de la acidez de una solución. Para el propósito de esta discusión, la acidez puede definirse como la concentración de iones de hidrógeno (H +) en la solución. Qué tan ácida es una solución afecta qué reacciones tienen lugar y qué tan rápido. La capacidad de controlar el pH es crucial para completar con éxito una gran cantidad de reacciones químicas, por lo que las soluciones tampón tienen una gran cantidad de aplicaciones. Pero primero, es importante entender cómo funcionan las soluciones de tampón.
Ácidos y bases de conjugado
Las soluciones de tampón suelen ser una combinación de un ácido y su base conjugada. Como aprendimos anteriormente, la acidez puede definirse como la concentración de iones H + en solución. Por lo tanto, los ácidos son compuestos que liberan iones H + en la solución. Si los ácidos aumentan la concentración de H +, se deduce que los opuestos, las bases, reducen la concentración de H +.
Cuando un ácido pierde un H +, crea una base conjugada. Esto se ilustra mejor tomando un ejemplo, como CH3COOH (ácido acético). Cuando CH3COOH actúa como un ácido, se disocia en H + y CH3COO- (acetato). CH3COO- es una base, ya que puede aceptar H + para crear ácido acético. Por lo tanto, es la base conjugada del ácido acético, o la base que se produce cuando el ácido acético libera un ion H +. Este concepto parece complicado al principio, pero tenga la seguridad de que no es difícil elegir las bases conjugadas en las reacciones reales. Es esencialmente lo que queda del ácido después de que se libera un ion H +.
Principio y tampones de Le Chatelier
Las reacciones químicas son reversibles. Tomando nuestra reacción de arriba como un ejemplo,
CH3COOH ----- > CH3COO- y H +
CH3COO- y H + (los productos) pueden combinarse para formar CH3COOH (material de partida), lo que llamaríamos la "reacción inversa". Una reacción puede proceder a la derecha o a la izquierda, hacia adelante o hacia atrás. El Principio de Le Chatelier es una regla que establece que el lado izquierdo y el derecho de la reacción prefieren un cierto equilibrio o proporción entre ellos. En este caso, el Principio de Le Chatelier básicamente establece que si agrega más producto (H + o acetato), la reacción se desplazará hacia la izquierda (hacia los materiales de partida) y el material de partida (ácido acético) se formará en respuesta.
< De manera similar, si se agrega más producto, se formará más material de partida. Cuando se forma CH3COOH, el H + se elimina de la solución ya que se une con CH3COO-, y por lo tanto la acidez de la solución no aumentará. El mismo principio general se aplica si se agrega una base, se libera más H + y el pH de la solución no cambia. Este es el método por el cual una solución tampón, o una combinación de un ácido y su base conjugada, puede resistir los cambios en el pH.
Aplicaciones de soluciones tampón
Su cuerpo usa tampones para mantener un pH sanguíneo de 7.35-7.45, y también en un número masivo de reacciones bioquímicas que involucran enzimas. Las enzimas son compuestos muy complejos que a menudo requieren niveles de pH precisos para reaccionar adecuadamente, un rol que cumplen los amortiguadores orgánicos producidos por su cuerpo. Por esta misma razón, los buffers son vitales para que un biólogo o químico realice experimentos en el laboratorio. A menudo se requerirá un determinado pH para que se realice el proceso que se está estudiando, y las soluciones de tampón son la única forma de garantizar estas condiciones.
Las soluciones de tampón también se utilizan ampliamente en la industria. Los procesos industriales que requieren soluciones tampón incluyen la fermentación, el control de los procesos de coloración y la fabricación de productos farmacéuticos.
