¿Qué sucede cuando se agrega una base a una solución buffer?
Escrito por Jack Brubaker ; última actualización: February 01, 2018
Las soluciones buffer resisten los cambios de pH. En una solución normal (no buffer), la introducción de algunas gotas de ácido o base pueden alterar dramáticamente el pH. Agregar sólo 1 onza (29 cm cúbicos) de ácido clorhídrico concentrado (al 31%) a un galón de agua (3,8 litros), por ejemplo, cambiaría el pH de la misma de 7 a menos de 1. Agregar la misma cantidad de ácido a una solución buffer, en comparación, probablemente bajaría el pH sólo unas décimas. Entender el mecanismo exacto de funcionamiento de una solución buffer requiere una comprensión básica de la química ácido-base.
pH
El pH es una escala del 0 al 14 que mide la acidez o basicidad de una solución a base de agua. Un pH menor a 7 indica una solución ácida; un pH mayor que 7 indica una solución básica; y un pH de exactamente 7 indica una solución neutra.
Química ácido-base
Lo ácidos liberan protones (H+) a la solución, y las bases crean o liberan iones hidróxidos (OH-). Los ácidos y las bases también son caracterizados como fuertes o débiles. Un ácido fuerte se separa en sus respectivos iones mediante un proceso llamado "disociación" y lo hace completamente. El ácido clorhídrico (HCl), por ejemplo, se disocia en protones e iones cloruros (Cl-). Una disociación completa significa que cada molécula HCl se rompe. Un ácido débil también se disocia, pero el proceso no es completo. El ácido acético (CH-COOH), por ejemplo, se disocia parcialmente en protones e iones acetato (CH-COOH-), que representan la "base conjugada" del ácido acético. Como el ácido acético es un ácido débil, sólo un pequeño porcentaje de las moléculas se disocian.
Soluciones buffer
Las soluciones buffer resisten los cambios en su pH, incluso cuando se le agregan ácidos o bases fuertes. Químicamente, un buffer es una combinación de un ácido débil y su base conjugada, o una base débil y su ácido conjugado. Un ejemplo sería el ácido acético combinado con un compuesto acetato soluble en agua, como el acetato de sodio (CH-COONa). Esta combinación crea un sistema equilibrado en el que el ácido acético, los protones y los iones acetato están presentes simultáneamente en la misma solución.
Principio de LeChatelier
El principio de LeChatelier dice que cualquier estrés aplicado a un sistema de equilibrio hará que este se reajuste para aliviar el estrés. En consecuencia, la introducción de cualquier compuesto que consuma uno de los productos de la reacción de equilibrio resultará en la generación de productos adicionales (en este caso, ácido acético) consumiendo reactivos (protones e iones acetato). O un compuesto que agrega productos resultará en la generación de más reactivo (por la consumición de productos).
Buffer + Base
Cuando una base es introducida a una solución buffer, esta reacciona con las especies más ácidas, que son los protones (H+). Así, si se introduce hidróxido de sodio (NaOH) a la solución buffer de ácido acético/acetato de sodio descripta previamente, el hidróxido y los protones reaccionan para convertirse en agua (esto es, el ácido y la base se neutralizan entre sí). El equilibrio responderá generando ácido adicional consumiendo productos adicionales. Es decir, más moléculas CH-COOH liberarán protones en la solución para reemplazar los protones consumidos por la base. Este proceso continuará si se agrega más base, hasta el punto en que no queden más moléculas de ácido acético. Este límite es conocido como la "capacidad buffer" de la solución. Las bases adicionales agregadas más allá de este punto alterarán dramáticamente el pH de la solución.
