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UNIDAD II:
Agua. pH. Soluciones Amortiguadoras.
Prof. Alfonso R. Bravo Henríquez. 2010.
OBJETIVOS:
UNIDAD II:
Agua. pH. Soluciones Amortiguadoras
1. Conocer la estructura del agua.
2. Conocer las funciones del agua.
3. Describir las propiedades del agua.
4. Definir el pH y estudiar su importancia.
5. Resolver e interpretar ejercicios de pH.
6. Conocer las soluciones amortiguadoras (buffer) y su importancia.
UNIDAD II:
Agua. pH. Soluciones Amortiguadoras
Resumen:
Prof. Alfonso R. Bravo Henríquez. 2010.
UNIDAD II:
Agua. pH. Soluciones Amortiguadoras
Aspectos Generales:
Prof. Alfonso R. Bravo Henríquez. 2010.
UNIDAD II:
Agua. pH. Soluciones Amortiguadoras
Organismo % agua
Tejido % agua
Algas
Caracol
Crustáceos
Espárragos
Espinacas
Estrella mar
Persona adulta
Hongos
Lechuga
Lombriz
Maíz
Medusa
Pino
Semilla
Tabaco
Trebol
98
80
77
93
93
76
62
80
95
83
86
95
47
10
92
90
Líq. cefalorraquídeo
Sangre (plasma)
Sangre (Gl. rojos)
Tej. nervioso (s.gris)
Tej. nervioso (Médula)
Tej. nervioso (s.blanca)
Músculo
Piel
Hígado
Tej. conjuntivo
Hueso (sin medula)
Tej. adiposo
Dentina
99
91-93
60-65
85
75
70
75-80
72
70-75
60
20-25
10-20
3
Contenido acuoso de diferentes organismos:
Prof. Alfonso R. Bravo Henríquez. 2010.
Este contenido se mantiene
constante por el equilibrio entre
ingresos y pérdidas. Los ingresos
diarios en un hombre con dieta
mixta, actividad física moderada y
que habite en clima templado son
de 2,5 litros.
Recomendación:
8 vasos de 250 ml al día = 2000 ml = 2 L.
Distribución corporal:
UNIDAD II:
Agua. pH. Soluciones Amortiguadoras
Prof. Alfonso R. Bravo Henríquez. 2010.
El agua es un compuesto que está
constituido por dos átomos de
hidrógeno unidos a un átomo de
oxígeno. Los enlaces hidrógeno –
oxígeno son covalentes, dado que
comparten un par electrónico.
UNIDAD II:
Agua. pH. Soluciones Amortiguadoras
¿Cuál es la estructura del agua?
Prof. Alfonso R. Bravo Henríquez. 2010.
Estructura del agua:
UNIDAD II:
Agua. pH. Soluciones Amortiguadoras
Prof. Alfonso R. Bravo Henríquez. 2010.
La molécula de agua aunque tiene una carga
total neutra (igual número de protones que
de electrones ), presenta una distribución
asimétrica de sus electrones, lo que la
convierte en una molécula POLAR.
Alrededor del oxígeno se concentra una
densidad de carga negativa, mientras que
los núcleos de hidrógeno quedan desnudos,
desprovistos parcialmente de sus electrones
y manifiestan, por tanto, una densidad de
carga positiva.
UNIDAD II:
Agua. pH. Soluciones Amortiguadoras
Estructura del agua:
Prof. Alfonso R. Bravo Henríquez. 2010.
Se establecen interacciones dipolo-dipolo entre las propias moléculas
de agua, formándose enlaces o puentes de hidrógeno, la carga parcial
negativa del oxígeno de una molécula ejerce atracción electrostática
sobre las cargas parciales positivas de los átomos de hidrógeno de
otras moléculas adyacentes.
UNIDAD II:
Agua. pH. Soluciones Amortiguadoras
Puentes de hidrógeno:
Prof. Alfonso R. Bravo Henríquez. 2010.
Puentes de hidrógeno:
UNIDAD II:
Agua. pH. Soluciones Amortiguadoras
Prof. Alfonso R. Bravo Henríquez. 2010.
Puentes de hidrógeno:
UNIDAD II:
Agua. pH. Soluciones Amortiguadoras
Puentes de hidrógeno
cooperativos
Prof. Alfonso R. Bravo Henríquez. 2010.
UNIDAD II:
Agua. pH. Soluciones Amortiguadoras
Prof. Alfonso R. Bravo Henríquez. 2010.
UNIDAD II:
Agua. pH. Soluciones Amortiguadoras
Estados del agua:
Congelación Evaporación
Prof. Alfonso R. Bravo Henríquez. 2010.
1. Acción disolvente:
El agua es el líquido que más sustancias
disuelve, por eso decimos que es el
disolvente universal. Esta propiedad, tal
vez la más importante para la vida, se
debe a su capacidad para formar puentes
de hidrógeno con otras sustancias, que
pueden ser:
• Polares
• Iónicas
• Anfipáticas
UNIDAD II:
Agua. pH. Soluciones Amortiguadoras
Propiedades del agua:
Prof. Alfonso R. Bravo Henríquez. 2010.
UNIDAD II:
Agua. pH. Soluciones Amortiguadoras
1. Acción disolvente:
En el caso de las disoluciones iónicas los iones de las sales son
atraídos por los dipolos del agua, quedando "atrapados" y recubiertos
de moléculas de agua en forma de iones hidratados o solvatados.
Propiedades del agua:
Prof. Alfonso R. Bravo Henríquez. 2010.
1. Acción disolvente:
En el caso de las moléculas anfipáticas la interacción ocurre con la
región polar o hidrofílicas.
Grupo hidrofílico Grupo hidrofóbico
Propiedades del agua:
UNIDAD II:
Agua. pH. Soluciones Amortiguadoras
Prof. Alfonso R. Bravo Henríquez. 2010.
Propiedades del agua:
2. Elevada fuerza de cohesión:
Los puentes de hidrógeno mantienen
las moléculas de agua fuertemente
unidas, formando una estructura
compacta que la convierte en un
líquido casi incompresible.
Al no poder comprimirse el agua
puede funcionar en algunos animales
como un esqueleto hidrostático.
Explica la: Tensión superficial.
UNIDAD II:
Agua. pH. Soluciones Amortiguadoras
Prof. Alfonso R. Bravo Henríquez. 2010.
Propiedades del agua:
3. Elevada fuerza de adhesión:
Esta fuerza está también en relación
con los puentes de hidrógeno que se
establecen entre las moléculas de
agua y otras moléculas polares y es
responsable, junto con la cohesión del
llamado fenómeno de la capilaridad.
¿Por qué el agua moja?
UNIDAD II:
Agua. pH. Soluciones Amortiguadoras
Prof. Alfonso R. Bravo Henríquez. 2010.
Propiedades del agua:
UNIDAD II:
Agua. pH. Soluciones Amortiguadoras
4. Gran calor específico:
El agua puede absorber grandes cantidades
de "calor" que utiliza para romper los puentes
de hidrógeno, por lo que la temperatura se
eleva muy lentamente.
Esto permite que el citoplasma acuoso sirva
de protección ante los cambios de
temperatura, así se mantiene la temperatura
constante. También permite regular la
temperatura en ambientes costeros.
Prof. Alfonso R. Bravo Henríquez. 2010.
5. Elevado calor de vaporización:
Para evaporar el agua, primero hay que
romper los puentes y posteriormente dotar a
las moléculas de la suficiente energía cinética
para pasar de la fase líquida a la gaseosa.
Para evaporar 1 gramo de agua se precisan
540 calorías, a una temperatura de 20ºC.
Esta propiedad del agua protege frente a la
deshidratación y proporciona un mecanismo
para refrigerarnos mediante el sudor.
UNIDAD II:
Agua. pH. Soluciones Amortiguadoras
Propiedades del agua:
Prof. Alfonso R. Bravo Henríquez. 2010.
6. Menor densidad a 0ºC y mayor densidad a 4ºC:
UNIDAD II:
Agua. pH. Soluciones Amortiguadoras
Propiedades del agua:
El agua alcanza su mayor densidad a los
4ºC y si la temperatura disminuye aun
más, la densidad se hace menor (porque
se produce una expansión).
Esto sucede porque la red cristalina
formada separa más las moléculas de
agua entre sí, sin que se pierdan los
puente de hidrógeno. Todo esto hace que
el hielo tenga una densidad 10% menor
que la del agua, razón por la cual flota.
Prof. Alfonso R. Bravo Henríquez. 2010.
UNIDAD II:
Agua. pH. Soluciones Amortiguadoras
Propiedades del agua:
6. Menor densidad a 0ºC y mayor densidad a 4ºC:
Al congelarse el agua desde la superficie
hacia el fondo se preserva la vida en los
ambientes muy fríos.
Prof. Alfonso R. Bravo Henríquez. 2010.
7. Elevada constante dieléctrica:
La constante dieléctrica es la propiedad
que permite que una sustancia
mantenga separados a los electrolitos.
UNIDAD II:
Agua. pH. Soluciones Amortiguadoras
Propiedades del agua:
Las moléculas de agua, al ser polares,
se disponen alrededor de los grupos
polares del soluto, llegando a desdoblar
los compuestos iónicos en aniones y
cationes, que quedan así rodeados por
moléculas de agua (solvatación iónica).
Prof. Alfonso R. Bravo Henríquez. 2010.
7. Elevada constante dieléctrica:
UNIDAD II:
Agua. pH. Soluciones Amortiguadoras
Propiedades del agua:
El agua tiene una de las constantes dieléctricas
más elevadas. La consecuencia de lo anterior,
es que moléculas o partículas cargadas
eléctricamente son fácilmente disociadas en
presencia de agua.
Esto quiere decir que el agua es muy buena
conductora de electricidad porque las corrientes
eléctricas se expanden con gran facilidad.
Prof. Alfonso R. Bravo Henríquez. 2010.
8. Baja capacidad de ionización:
El agua pura tiene la capacidad de disociarse en iones, por lo que en
realidad se puede considerar una mezcla de :
• agua molecular (H2O )
• protones hidratados (H3O+) e
• iones hidroxilo (OH-)
De cada 107 de moléculas de agua, sólo 1 se encuentra ionizada.
UNIDAD II:
Agua. pH. Soluciones Amortiguadoras
Propiedades del agua:
H+
Prof. Alfonso R. Bravo Henríquez. 2010.
8. Baja capacidad de ionización:
La disociación es muy débil en el agua pura. La autoionización del
agua se puede representar mediante las siguientes reacciones:
UNIDAD II:
Agua. pH. Soluciones Amortiguadoras
Propiedades del agua:
Prof. Alfonso R. Bravo Henríquez. 2010.
Y así el producto iónico
del agua (KW) a 25ºC es:
La expresión de la
constante de equilibrio
para esta reacción se
expresa como:
H2O H+ + OH-
2 H2O H3O+ + OH-
[H2O]
Es un tipo de difusión pasiva caracterizada por el paso del agua
(disolvente) a través de la membrana semipermeable desde la solución
más diluida (hipotónica) a la más concentrada (hipertónica), esto
continuará hasta que las dos soluciones tengan la misma concentración
(isotónicas o isoosmóticas).
UNIDAD II:
Agua. pH. Soluciones Amortiguadoras
Ósmosis:
Prof. Alfonso R. Bravo Henríquez. 2010.
El agua pura es incolora, inodora e insípida.
No obstante, en el medio natural el agua dista
mucho de ser pura y presenta unas
propiedades específicas que afectan a los
sentidos.
Estas propiedades se denominan propiedades
organolépticas y afectan al gusto, al olor, al
aspecto y al tacto, distinguiéndose:
temperatura, sabor, olor, color y turbidez.
UNIDAD II:
Agua. pH. Soluciones Amortiguadoras
Propiedades organolépticas del agua:
Prof. Alfonso R. Bravo Henríquez. 2010.
UNIDAD II:
Agua. pH. Soluciones Amortiguadoras
Agua en los alimentos:
Prof. Alfonso R. Bravo Henríquez. 2010.
Las funciones del agua se relacionan íntimamente con las propiedades
anteriormente descritas. Se podrían resumir en los siguientes puntos:
• Soporte o medio donde ocurren las reacciones metabólicas.
• Amortiguador térmico.
• Transporte de sustancias.
• Lubricante, amortiguadora del roce entre órganos.
• Favorece la circulación y turgencia.
• Da flexibilidad y elasticidad a los tejido.
• Puede intervenir como reactivo en reacciones del metabolismo, aportando
hidrogeniones o hidroxilos al medio.
UNIDAD II:
Agua. pH. Soluciones Amortiguadoras
Funciones del agua:
Prof. Alfonso R. Bravo Henríquez. 2010.
UNIDAD II:
Agua. pH. Soluciones Amortiguadoras
Funciones del agua en los alimentos:
Prof. Alfonso R. Bravo Henríquez. 2010.
Prof. Alfonso R. Bravo Henríquez. 2010.
UNIDAD II:
Agua. pH. Soluciones Amortiguadoras
¿ Qué es el pH?
Los valores de [H+] para la mayoría de
las soluciones son demasiado pequeños
y difíciles de comparar, de ahí que Sören
Sörensen en 1909 ideó una forma más
adecuada de compararlas.
El pH que no es más que la forma
logarítmica de expresar las
concentraciones de Hidrogeniones.
pH: término (del francés pouvoir hydrogène, 'poder
del hidrógeno') el pH también se expresa a menudo
en términos de concentración de iones hidronio.
Prof. Alfonso R. Bravo Henríquez. 2010.
UNIDAD II:
Agua. pH. Soluciones Amortiguadoras
¿ Qué es el pH?
La letra p denota “logaritmo negativo
de”.
El pH es el grado de acidez o de
basicidad de una sustancia, es decir
la concentración de iones de H+ en
una solución acuosa.
pH = - log10 [H+]
Prof. Alfonso R. Bravo Henríquez. 2010.
UNIDAD II:
Agua. pH. Soluciones Amortiguadoras
Escala de pH:
La escala de pH permite conocer el grado de acidez o de basicidad de
una sustancia.
La escala de pH se
establece en una recta
numérica que va desde
el 0 hasta el 14.
Prof. Alfonso R. Bravo Henríquez. 2010.
UNIDAD II:
Agua. pH. Soluciones Amortiguadoras
Escala de pH:
6,6-6,9 2,9-3,3 3,0-3,5
Prof. Alfonso R. Bravo Henríquez. 2010.
UNIDAD II:
Agua. pH. Soluciones Amortiguadoras
Escala del pH:
ácido neutro básico
[H+] > [OH-] [H+] = [OH-] [H+] < [OH-]
El número 7 corresponde a las soluciones NEUTRAS. El sector
izquierdo de la recta numérica indica ACIDEZ, hacia la derecha del 7
las soluciones son BÁSICAS o alcalinas.
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UNIDAD II:
Agua. pH. Soluciones Amortiguadoras
Escala del pH:
[H+] = 1x 10-2 M
[OH-] = 1x 10-12 M
pH = 2
ácido neutro básico
[H+] > [OH-] [H+] = [OH-] [H+] < [OH-]
Ejemplos:
[H+] = 1x 10-7 M
[OH-] = 1x 10-7 M
pH = 7
[H+] = 1x 10-12 M
[OH-] = 1x 10-2 M
pH = 12
También se pueden utilizar las siguientes fórmulas:
pOH = - log10 [OH-] pH + pOH = 14
Prof. Alfonso R. Bravo Henríquez. 2010.
UNIDAD II:
Agua. pH. Soluciones Amortiguadoras
¿ Cómo se mide el pH ?
En los laboratorios se emplean numerosos dispositivos de alta
tecnología (pHmetros) para medir el pH. Una manera muy fácil en la
que se puedes medir el pH es usando una tira de papel tornasol.
pHmetro portátil Papel tornasol
Prof. Alfonso R. Bravo Henríquez. 2010.
UNIDAD II:
Agua. pH. Soluciones Amortiguadoras
Ácidos y Bases:
Según la Teoría de Brösnted y Lowry:
ÁCIDO: Es una sustancia capaz de
ceder protones (H+) y genera una base
conjugada.
BASE: Es una sustancia capaz de
aceptar protones (H+) y genera un ácido
conjugado.
Prof. Alfonso R. Bravo Henríquez. 2010.
UNIDAD II:
Agua. pH. Soluciones Amortiguadoras
Ácidos y Bases:
ÁCIDO:
HCl + H2O Cl- + H3O+
Ácido
Clorhídrico
(Ácido)
Ión cloruro
(Base
Conjugada)
Agua
(Base)
Hidrogenión
(Ácido
Conjugado)
Prof. Alfonso R. Bravo Henríquez. 2010.
UNIDAD II:
Agua. pH. Soluciones Amortiguadoras
Ácidos y Bases:
BASE:
NH3 + H2O NH4+ + OH-
Amoniaco
(Base)
Ión amonio
(Ácido
Conjugado)
Agua
(Ácido)
Hidroxilo
(Base
Conjugada)
H
H
H N
Prof. Alfonso R. Bravo Henríquez. 2010.
UNIDAD II:
Agua. pH. Soluciones Amortiguadoras
Ácidos y Bases:
En estas reacciones el agua puede
actuar como ÁCIDO o como BASE,
dependiendo con qué sustancia
reaccione.
Por lo tanto, el agua es una molécula
ANFÓTERA.
Ácido Base
Prof. Alfonso R. Bravo Henríquez. 2010.
UNIDAD II:
Agua. pH. Soluciones Amortiguadoras
Ácido Fuerte:
Es un ácido que al disolverse en agua se
disocia o ioniza completamente.
HCl + H2O Cl- + H3O+
100%
Ácido clorhídrico: HCl
Ácido nítrico: HNO3
Ácido Sulfúrico: H2SO4
Ácido Débil:
Es un ácido que cuando es disuelto en agua
se disocia o ioniza parcialmente.
CH3COOH + H2O CH3COO- + H3O+
25% Ácido acético: CH3COOH
Ácido carbónico: H2CO3
Ácido fosfórico: H3PO4 Ácido acético Ión acetato
La fuerza de los ácidos NO depende de su
concentración, sino de su naturaleza.
Ej.:
Ej.:
Prof. Alfonso R. Bravo Henríquez. 2010.
UNIDAD II:
Agua. pH. Soluciones Amortiguadoras
Base Fuerte:
Es una base que cuando se disuelve en
agua se disocia completamente.
NaOH + H2O Na+ + OH- 100%
Hidróxido de sodio: NaOH
Hidróxido de potasio: KOH
Base Débil:
Es una base que al disolverse en agua se
disocia o ioniza parcialmente.
NH3 + H2O NH4+ + OH-
25% Amoníaco: NH3
Metilamina: NH2CH3
La fuerza de las bases NO depende de su
concentración, sino de su naturaleza.
Ej.:
Ej.:
Prof. Alfonso R. Bravo Henríquez. 2010.
UNIDAD II:
Agua. pH. Soluciones Amortiguadoras
Constantes de disociación de ácidos y bases:
La constante de ionización o de disociación de un ácido (Ka) ó una
base (Kb) se emplea como una medida cuantitativa de la fuerza del
ácido ó la base en la solución acuosa.
Ka = 1,8 x 10-5
Kb = 1,8 x 10-5
-
Prof. Alfonso R. Bravo Henríquez. 2010.
UNIDAD II:
Agua. pH. Soluciones Amortiguadoras
Constantes de disociación de ácidos y bases:
Prof. Alfonso R. Bravo Henríquez. 2010.
UNIDAD II:
Agua. pH. Soluciones Amortiguadoras
Constantes de disociación de ácidos y bases:
Prof. Alfonso R. Bravo Henríquez. 2010.
UNIDAD II:
Agua. pH. Soluciones Amortiguadoras
Problemas de ÁCIDOS y BASES:
Para la resolución de los ejercicios con ácidos y bases se utilizarán
además las siguientes formulas:
Para ácidos débiles:
Para bases débiles:
[H+] = [ácido] x Ka
2
[OH-] = [base] x Kb
2
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UNIDAD II:
Agua. pH. Soluciones Amortiguadoras
Soluciones Amortiguadoras o Buffer:
Los amortiguadores son sistemas acuosos que tienden a resistir los
cambios en el pH cuando se les agregan pequeñas cantidades de
ácido (H+) o base (OH-).
Un sistema amortiguador consiste de un ácido débil (dador de
protones) y su base conjugada (aceptor de protones).
Par buffer
(Ácido)
Par buffer
(Básico)
CH3COOH / CH3COO-
H2CO3 / HCO3-
NH3 / NH4+ (en laboratorio)
(buffer fisiológico)
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UNIDAD II:
Agua. pH. Soluciones Amortiguadoras
Soluciones Amortiguadoras o Buffer:
El agua NO es un Buffer. La concentración de iones hidronio (H3O+) y
de los iones hidroxilo (OH-) es muy baja en el agua pura. Dado los
bajos niveles de H3O+ y de OH-, si al agua se le añade un ácido o una
base, aunque sea en poca cantidad, estos niveles varían bruscamente.
H2O H2O
H2O
H2O
H2O H2O
H3O+
OH-
HCl H2O
H2O
H2O H3O+
H3O+
H3O+
H2O H2O H3O+ H3O
+
H3O+
pH= 7 pH= 2 Agua pura
Ácido
Cl-
Cl- Cl-
UNIDAD II:
Agua. pH. Soluciones Amortiguadoras
Prof. Alfonso R. Bravo Henríquez. 2010.
HCl
pH= 4,5 pH= 4,2
Soluciones Amortiguadoras o Buffer:
En el caso de un Buffer Ácido, como el par ÁCIDO ACÉTICO / ACETATO,
al añadir un ácido (H+) ocurre lo siguiente:
Buffer HAc / Ac-
CH3COOH CH3COO-
Ácido
CH3COOH CH3COO-
CH3COOH CH3COO-
CH3COOH CH3COO-
CH3COOH CH3COO- + H+
CH3COOH CH3COOH CH3COO-
CH3COOH CH3COO- + H+
CH3COOH CH3COO- CH3COOH
Reaccionará el componente
básico del buffer (el ión acetato)
H2O
H2O
H2O
H2O
H+
UNIDAD II:
Agua. pH. Soluciones Amortiguadoras
Prof. Alfonso R. Bravo Henríquez. 2010.
NaOH
pH= 4,5 pH= 4,8
Soluciones Amortiguadoras o Buffer:
En el caso de un Buffer Ácido, como el par ÁCIDO ACÉTICO / ACETATO,
al añadir una base (OH-) ocurre lo siguiente:
Buffer HAc / Ac-
CH3COOH CH3COO-
Base
CH3COOH CH3COO-
CH3COOH CH3COO-
CH3COOH CH3COO-
CH3COOH + OH- CH3COO-
CH3COOH + OH- CH3COO-
CH3COOH CH3COO-
CH3COOH CH3COO-
Reaccionará el componente
ácido del buffer (el ácido acético)
H2O H2O H2O H2O
OH-
CH3COO- + H2O
CH3COO- + H2O
Prof. Alfonso R. Bravo Henríquez. 2010.
UNIDAD II:
Agua. pH. Soluciones Amortiguadoras
Soluciones Amortiguadoras o Buffer:
En nuestro organismo trabajan diferentes buffer. Uno de los más
importantes es el par ÁCIDO CARBÓNICO / BICARBONATO, que
mantiene el pH de la sangre en el rango de 7,35 – 7,45.
Anhidrasa
carbónica
Ácido
carbónico Bicarbonato
La HEMOGLOBINA también tiene la capacidad de actuar como buffer.
Prof. Alfonso R. Bravo Henríquez. 2010.
UNIDAD II:
Agua. pH. Soluciones Amortiguadoras
Soluciones Amortiguadoras o Buffer:
El pH de una solución amortiguadora se puede conocer mediante la
Ecuación de HENDERSON-HASSELBALCH.
En el caso del buffer fisiológico bicarbonato/ácido carbónico, se
cumple lo siguiente:
pH sangre: 7,4 (rango: 7,35 – 7,45)
Transporte de CO2 y el efecto Bohr
Tejido
Intercambio de cloruro Cl-
Anhidrasa carbónica
UNIDAD II:
Agua. pH. Soluciones Amortiguadoras
Efecto Bohr:
Prof. Alfonso R. Bravo Henríquez. 2010.