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Tampones

• Tampón acetato: ácido acético/acetato sódico (CH₃COOH)/CH₃COONa), pH ~ 4,7
• Tampón amoniaco: amoniaco/cloruro amónico (NH₃/NH₄Cl), pH ~ 9,3
• Tampón hidrógeno carbonato (bicarbonato): ácido carbónico/sodio hidrógeno carbonato (bicarbonato) (H₂CO₃/NaHCO₃), pH ~ 6,4
• Tampón hidrógeno carbonato (bicarbonato): sodio hidrógeno carbonato (bicarbonato)/carbonato sódico (NaHCO₃ / Na₂CO₃), pH ~ 10,3
• Tampón fosfato: sodio di-hidrógeno fosfato/di-sodio hidrógeno fosfato (NaH₂PO₄/Na₂HPO₄), pH ~ 7,2

Los tampones también pueden hacerse partiendo únicamente de un ácido débil y neutralizando después una parte de ese ácido débil con una base fuerte (consiguiendo la mezcla de ácido débil y su sal por neutralización).

pH de un tampón
Un tampón puede resistir cambios en el pH porque los dos componentes (ácido conjugado y base conjugada) están presentes en cantidades apreciables en el equilibrio y son capaces de neutralizar pequeñas cantidades de otros ácidos y bases (en forma de H⁺ y OH^-) cuando se añaden a la solución.

Tampones ácidos
Los tampones ácidos son tampones que mantienen una solución a un pH inferior a 7, suelen estar compuestos por un ácido débil y una de sus sales para proporcionar el anión que actúa como base (su base conjugada). La función del componente salino es actuar como fuente de iones (un suministro de A^- adicional mediante la adición de una sal soluble de HA que se ioniza completamente, como el NaA).

El funcionamiento de las soluciones tampón se debe a que la disociación de un ácido débil es una reacción de equilibrio,
HA ⇌ H⁺ + A^-.

La base conjugada A^- elimina el ácido añadido: cuando se añade un ácido la [H⁺] aumenta y estos H⁺ reaccionan con la base conjugada (A^-) para producir HA no disociados. El equilibrio se desplaza hacia la izquierda (de acuerdo con el principio de Le Chatelier), eliminando la mayor parte de los iones H⁺. Como el AH es un ácido débil, el A^- tenderá a combinarse con cualquier H⁺ disponible para formar el AH, por lo que la concentración de iones hidrógeno (H⁺) (es decir, el pH) cambiará sólo ligeramente.

El ácido débil elimina el álcali añadido: cuando se añade una base la [OH^-] aumenta. La pequeña cantidad de H⁺ presente reacciona con el OH^- para formar H₂O. El ácido débil se disocia, haciendo que el equilibrio se desplace hacia la derecha para restablecer la mayor parte de los iones H⁺, por lo que el pH tiende a permanecer casi igual.

Tampones básicos
Los tampones básicos son tampones que regulan el pH a valores superiores a 7 y suelen estar formados por una base débil y una sal de su ácido conjugado. De forma similar a los tampones ácidos, en los tampones básicos la base débil elimina el H⁺ añadido y el ácido conjugado elimina el OH^- añadido.

Tampones neutros
Mantienen el pH de una solución en torno a 7 y están formados por sales de ácidos polipróticos. En algunos casos, tanto el que desempeña el papel de ácido débil como su base conjugada son sales procedentes de la neutralización parcial de un ácido que tiene varios protones, como el ácido fosfórico.

El pH de una solución tampón depende de la constante de disociación, K_a del ácido (o K_b de la base), así como de la relación entre las concentraciones del ácido (base) y de su base conjugada (ácido). Esta dependencia se describe mediante la conocida ecuación de Henderson-Hasselbalch, que se utiliza a menudo en química y bioquímica para realizar los cálculos necesarios en la preparación de soluciones tampón para su uso en el laboratorio, o en otras aplicaciones. Mediante la ecuación de Henderson-Hasselbalch se puede determinar la cantidad exacta de ácido y base conjugada necesaria para obtener una solución tampón de un pH determinado.

Ecuación de Henderson-Hasselbalch
Para un ácido débil HA y su base conjugada A⁻:

pH = pK_a + log [HA]/[A^-]

La ecuación de Henderson-Hasselbalch se obtiene a partir de la constante de disociación (ionización) del ácido:

K_a = [H⁺][A^-]/[HA]

Tomando el logaritmo negativo en ambos lados de la ecuación, se obtiene:

-log K_a = -log [H⁺][A^-]/[HA]

Esto corresponde a:

-log K_a = -log [H⁺] - log [A^-]/[HA]

que se puede escribir como:

-log K_a = -log [H⁺] + log [HA]/[A^-]

Por definición:

-log K_a = pK_a

-log [H⁺] = pH

Por lo tanto:

pK_a= pH + log [HA]/[A^-]

Despejando el pH, la ecuación se expresa como:

pH = pK_a + log [HA]/[A^-]

Los tampones se caracterizan por el rango de pH en el cual pueden mantener un pH más o menos constante (rango útil) y por su capacidad tamponadora (capacidad tampón), que es la cantidad de ácido o base que se puede añadir a un tampón antes de el pH cambie significativamente.

Rango de pH
Cada par ácido-base conjugado tiene un rango de pH característico en el que funciona como un tampón eficaz. El rango útil es cuando el pH = pK_a ± 1. Esto representa el punto de la valoración que está a la mitad del punto de equivalencia. Esta región es la más eficaz para resistir cambios de pH cuando se añade un ácido o una base. Basándose en la ecuación de Henderson-Hasselbalch, se puede ver que el pH de la solución tampón es igual al valor pK_a del ácido cuando las concentraciones del ácido conjugado y de la base conjugada son aproximadamente iguales (con un factor de 10 entre ellas), porque log(1) = 0. En otras palabras, la relación entre la base y el ácido en la solución tampón debe ser mayor que 0,1 pero menor que 10. Cuando esta relación queda fuera de este intervalo, se ha superado el rango del tampón y ya no se espera que la mezcla neutralice eficazmente los ácidos o bases externos.

Capacidad tampón
La capacidad tampón (capacidad amortiguadora o capacidad reguladora) puede definirse como la cantidad de un ácido fuerte o de una base fuerte que debe añadirse a un litro de una solución para que su pH cambie en una unidad.

La cantidad de base fuerte (o de ácido) que puede ser absorbida por una solución tampón sin cambiar significativamente el pH se expresa mediante la capacidad tampón. Aunque el rango de pH útil de un tampón depende en gran medida de las propiedades químicas del ácido débil y de la base débil utilizados para preparar el tampón (es decir, de K_a o K_b), su capacidad tampón depende únicamente de las concentraciones de las especies en la solución tampón. Los tampones con una alta capacidad contienen grandes concentraciones de sustancias tamponadoras (ácido/base débil) que reaccionan con los iones H⁺ u OH^- añadidos para mantener el pH. Por lo tanto, las concentraciones del ácido y su base conjugada en un tampón determinarán la cantidad de ácido o base adicional que puede añadirse a la solución antes de que se agote su capacidad amortiguadora. Cuanto mayores sean las concentraciones de ácido y base conjugada, mayor será la capacidad tampón.

La ecuación de la capacidad tampón es la siguiente
β = Δn/ΔpH

Δn es el número de moles de ácido o base añadidos por litro de solución tampón
ΔpH es el cambio en unidades de pH

Aplicaciones
Las soluciones tampón son muy útiles en una amplia gama de aplicaciones en las que se necesita un pH estable. Desempeñan un papel importante en el mantenimiento del pH en muchos procesos químicos y bioquímicos.
Las soluciones tampón son ampliamente utilizadas en la industria. Los procesos industriales que requieren soluciones tampón incluyen la fermentación (por ejemplo, en cervecerías o panaderías), el control de los procesos de tintura en las industrias textiles, la fabricación de productos farmacéuticos, la fabricación de productos de higiene personal y cosméticos, en la industria alimentaria para mantener la estabilidad física, química y microbiológica de los alimentos, etc. También se utilizan en el análisis químico y la calibración de medidores de pH.

Tampones importantes

Algunos reactivos utilizados para la preparación de tampones

Tampones para la calibración de pH-metros o electrodos de pH
La medición del pH es esencial en prácticamente todas las industrias y laboratorios que realizan cualquier proceso o análisis químico o bioquímico. Un medidor de pH o pH-metro es un instrumento que mide la actividad de los iones de hidrógeno en soluciones acuosas, indicando su acidez o alcalinidad expresada como pH. El medidor de pH mide la diferencia de potencial eléctrico (tensión) entre un electrodo de pH y un electrodo de referencia y muestra el resultado convertido en el valor de pH correspondiente. Uno de los electrodos es sensible a los iones de hidrógeno (normalmente un electrodo de vidrio) y el otro es el electrodo de referencia (por ejemplo, un electrodo de cloruro de plata). A menudo se combinan en un electrodo compacto junto con una sonda de temperatura. Los electrodos, o sondas, se sumergen en la solución a analizar.

Un pH-metro debe calibrarse con un patrón conocido para garantizar la precisión cada vez que se utilice o antes de cada serie de mediciones. Cuanto más precisos deban ser los resultados, más a menudo habrá que calibrarlo. Los patrones son soluciones tampón con un pH conocido (por ejemplo, 4,00, 7,00, 10,00). La calibración debe realizarse utilizando al menos dos soluciones tampón estándar que abarquen el rango de valores de pH que se desea medir. La temperatura puede afectar a las lecturas de pH. Para obtener una lectura precisa, el medidor de pH debe calibrarse a la misma temperatura que las muestras a analizar.

Ofrecemos una amplia gama de soluciones tampón de pH bajo la marca PanReac AppliChem, trazables a SRM de NIST, para la calibración de pH-metros. Todas estas soluciones son muy estables y se conservan durante mucho tiempo (hasta 6 años). Se garantiza, en la mayoría de los casos, una precisión del ±0,02, a una temperatura de 20 °C. Para cada solución tampón encontrará la variación del pH con la temperatura impresa en la etiqueta o en su ficha técnica.

Soluciones tampón listas para usar (incoloras)

Soluciones tampón listas para usar (coloreadas)
Las soluciones tampón coloreadas son rápidamente identificadas por el usuario final, proporcionando una mayor agilidad y comodidad en el puesto de trabajo.

Conocer el valor del pH de las sustancias o soluciones es importante o crítico en muchas situaciones, incluido el análisis químico de laboratorio. Los medidores de pH se utilizan para mediciones del suelo en agricultura, control de la calidad del agua para el suministro de agua municipal, en piscinas, control del medio ambiente; elaboración de vino y cerveza; fabricación en general, ciencias de la vida, análisis clínicos, y en muchas industrias químicas y farmacéuticas que van desde la experimentación en el laboratorio hasta la calidad. Se utilizan para analizar el valor exacto del pH de los alimentos y productos químicos para garantizar la seguridad y la calidad, o pueden utilizarse para evaluar la acidez/alcalinidad de los medicamentos en las industrias farmacéutica y biotecnológica.

Sectores

• Laboratorios analíticos, de control de calidad, químicos y bioquímicos
• Investigación, desarrollo e innovación (I+D)
• Desarrollo y fabricación de productos biofarmacéuticos y farmacéuticos
• Ciencias de la vida
• Cosmética y salud
• Alimentación y bebidas
• Síntesis inorgánica
• Instituciones educativas o académicas
• Industria del papel
• Industria téxtil
• Industria de jabones y detergentes
• Metalurgia
• Agricultura
• Mantenimiento de piscinas

Tampones fisiológicos importantes
La acción tamponadora es importante en los sistemas vivos como medio para mantener un entorno interno estable y relativamente constante, lo que se conoce como homeostasis. Pequeñas moléculas como el bicarbonato y el fosfato proporcionan capacidad amortiguadora, al igual que otras sustancias, como la hemoglobina y otras proteínas.

Al considerar un sistema tampón, hay que distinguir entre sistemas tampón cerrados y abiertos. En un sistema tampón cerrado (por ejemplo, el tampón ácido acético/acetato), los protones (H⁺) o los iones hidroxilo (OH^-) producidos durante una reacción química son atrapados por la sustancia tampón. Reaccionan para formar el ácido o la base correspondiente o conjugada del tampón y así permanecen en la solución. En un sistema tampón abierto (por ejemplo, el sistema tampón hidrógeno carbonato/CO₂ en los pulmones), el sistema está en intercambio con el medio ambiente. Es capaz de mantener el pH adecuado liberando un componente al medio ambiente, por ejemplo, al exhalar CO₂.

Tampón hidrógeno carbonato (bicarbonato)
El tampón de carbonato (una mezcla de ácido carbónico e hidrógeno carbonato) regula la concentración de CO₂ entre la atmósfera, los océanos y la biosfera. También es el componente principal del tampón sanguíneo. El mantenimiento del pH de la sangre se regula a través del tampón de bicarbonato. Este sistema se compone de ácido carbónico e iones de bicarbonato. Cuando el pH de la sangre desciende al rango ácido, este tampón actúa para formar dióxido de carbono. Los pulmones expulsan este gas fuera del cuerpo durante el proceso de respiración. En condiciones alcalinas, este tampón devuelve el pH a la neutralidad provocando la excreción de iones de bicarbonato a través de la orina. Esto mantiene el pH de la sangre entre 7,35 y 7,45 y equilibra las fluctuaciones causadas por el metabolismo. Cuando el pH está por debajo de 7,35, se denomina acidosis, y por encima de 7,45, alcalosis. La muerte se produce con valores de pH inferiores a 6,8 o superiores a 8,0.

Tampón fosfato
El sistema tampón de fosfato actúa de forma similar al tampón de bicarbonato, pero tiene una acción mucho más fuerte. El entorno interno de todas las células contiene este tampón compuesto por iones hidrógeno fosfato e iones dihidrógeno fosfato. En condiciones en las que el exceso de hidrógeno entra en la célula, reacciona con los iones de hidrógeno fosfato, que los aceptan. En condiciones alcalinas, los iones dihidrógeno fosfato aceptan el exceso de iones de hidróxido que entran en la célula.

Tampón de proteínas
Las proteínas están formadas por aminoácidos unidos por enlaces peptídicos. Los aminoácidos poseen un grupo amino y un grupo ácido carboxílico. A pH fisiológico, el ácido carboxílico existe como ion carboxilato (COO^-) con carga negativa y el grupo amino existe como ion NH₃⁺. Cuando el pH se vuelve ácido, el grupo carboxilo absorbe el exceso de iones de hidrógeno para volver a la forma de ácido carboxílico. Si el pH de la sangre se vuelve alcalino, se produce una liberación de un protón del ion NH₃⁺, que adopta la forma NH₂.

Tampón hemoglobina
El pigmento respiratorio presente en la sangre, la hemoglobina, también tiene una acción amortiguadora en los tejidos. Puede unirse a protones u oxígeno en un momento dado. La unión de uno libera al otro. En la hemoglobina, la unión de protones se produce en la porción de globina, mientras que la unión de oxígeno se produce en el hierro de la porción de hemo. Al hacer ejercicio, se generan protones en exceso. La hemoglobina ayuda en la acción amortiguadora uniendo estos protones y liberando simultáneamente el oxígeno molecular.

Tampones para ciencias de la vida
Muchos procesos bioquímicos se ven notablemente perjudicados incluso por pequeños cambios de pH. Por lo tanto, normalmente es necesario estabilizar el pH mediante la adición de un tampón adecuado al medio, sin afectar al sistema investigado. Los tampones Tris, Glicina, HEPES y PBS son algunos ejemplos de nuestros tampones para ciencias de la vida. Vea también más información en nuestra sección de tampones para ciencias de la vida.