¿Para qué se utilizan las soluciones amortiguadoras?
Escrito por Ethan Gallagher ; última actualización: February 01, 2018
La utilidad de las soluciones amortiguadoras
Las soluciones amortiguadoras (también conocidas como "buffers"), son unas de los más importantes tipos de reactivos químicos utilizados en la investigación química, biológica e industrial. Su utilidad se deriva principalmente de su habilidad para resistir cambios en el pH. Si pusiste atención en tu clase de química, puedes decir que el pH es el grado de acidez de una solución. Para el propósito de este artículo, la acidez puede ser definida como la concentración de iones hidrógeno (H+) en una solución. Qué tan ácida es una solución afecta a la reacción que toma lugar, y qué tan rápido. La habilidad para controlar el pH es crucial para lograr completar exitosamente un gran número de reacciones químicas, y por ende las soluciones amortiguadoras tienen un vasto número de aplicaciones. Pero primero, es importante comprender cómo funciona una solución amortiguadora.
Ácidos y bases conjugadas
Las soluciones amortiguadoras por lo regular son una combinacion de un ácido y su base conjugada. Como aprendimos arriba, la acidez puede definirse como la concentracion de iones H+ en una solucion. Por tanto, los ácidos son compuestos que liberan iones H+ en una solucion. Si los ácidos incrementan la concentracion de H+, lo que sigue es que los opuestos, las bases, reducen la concentracion de H+.
Cuando un ácido pierde un H+, esto incrementa una base conjugada. Esto es mejor ilustrado con un ejemplo, como el CH3COOH (ácido acético). Cuando el CH3COOH actúa como un ácido, se disocia en H+ y CH3COO- (acetato). CH3COO- es una base que puede aceptar H+ para crear el ácido acético. Este es entonces la base conjugada del ácido acético, o la base que se produce cuando el ácido acético libera un ion H+. Este concepto pareciera al inicio complicado, pero debes confiar en que no es tan difícil escoger bases conjugadas en reacciones reales. Esencialmente es saber qué es lo que queda del ácido después de que un ion H+ es liberado.
El Principio de Le Chatelier y los buffers
Las reacciones químicas son reversibles. Tomando la reacción de arriba como ejemplo:
CH3COOH ----> CH3COO- y H+
CH3COO- y H+ (los productos), pueden combinarse para formar CH3COOH (el material de inicio), al que llamaremos la "reacción reversa". Una reacción puede entonces proceder de derecha o izquierda, de frente o de reversa. El Principio de Le Chatelier es una regla que establece que el lado izquierdo y derecho de una reacción prefiere un cierto balance o proporción entre ellos. En este caso, el Principio de Le Chatelier básicamente establece que si añades más producto (H+ o acetato), la reacción se dirigirá a la izquierda (directo a los materiales de inicio) y como respuesta el material de inicio (el ácido acético) se formará.
De manera similar, si se añade más producto, se formará más material de inicio. Cuando se forma CH3COOH, el H+ es removido de la solución para unirse con CH3COO-, y entonces la acidez de la solución no se incrementará. El mismo principio general se aplica si se añade una base, más H+ es liberado y el pH de la solución no cambia. Este es el método por el cual un buffer o solución amortiguadora, o una combinación de un ácido y su base conjugada, puede resistir cambios en el pH.
Aplicaciones de las soluciones amortiguadoras
Tu propio cuerpo utiliza buffers para mantener el pH de la sangre entre 7,35 - 7,45, así como también un número masivo de reacciones bioquímicas que involucran enzimas. Las enzimas son compuestos muy complejos que con frecuencia requieren de niveles precisos de pH para así reaccionar apropiadamente, un papel que desempeñan los buffers orgánicos producidos por tu cuerpo. Por esta misma razón, las soluciones amortiguadoras son vitales para un biólogo o un químico que lleva a cabo experimentos en el laboratorio. Un cierto pH puede requerirse para que un proceso que es estudiado ocurra y las soluciones amortiguadoras son la única manera de asegurar dichas condiciones.
Las soluciones amortiguadoras son ampliamente utilizadas en la industria. Los procesos industriales requieren de buffers incluyen la fermentación, procesos de control de teñido y la fabricación de farmacéuticos.
