PH

pH:  Contenido:  a) Concepto de pH. pH sanguíneo.   b) Ácidos y bases. Electrolitos fuertes y débiles.   c) Ecuación de Henderson-Hasselbalch. Concepto de pK.   d) Definición y función de los sistemas amortiguadores. Sistema amortiguador cerrado y abierto: mecanismo de funcionamiento. Función de los sistemas amortiguadores en el organismo.  e) Ejemplo de sistemas amortiguadores en diferentes sistemas: HCO3 en aparato digestivo, Fosfatos en riñón.

 

 

 

1.      Complete las siguientes afirmaciones: 

 

a.      El pH neutro tiene un valor de 7, y la concentración de H+ es igual a la de OH-.  

b.      Un pH de 14 es un pH básico (alcalino), que tiene una concentración de H+ muy baja (prácticamente nula).  

c.      Un pH ácido es menor a 7 y tiene una gran cantidad de iones de hidrógeno (H+). 

 

2.      ¿Qué son los ácidos y bases? 

 

Los ácidos son sustancias que, en solución acuosa, liberan iones de hidrógeno (H+). Las bases, por otro lado, son sustancias que aceptan protones o liberan iones hidroxilo (OH-) en solución acuosa 

 

3.      ¿Qué diferencia hay entre ácidos/ bases fuertes y ácidos/ bases débiles? Dé ejemplos.  

 

La diferencia principal entre ácidos/bases fuertes y ácidos/bases débiles radica en su capacidad de ionización en solución acuosa. 

·        Los ácidos/bases fuertes se ionizan completamente en solución, lo que significa que casi todos los ácidos liberan iones H+ y casi todas las bases liberan iones OH-. Ejemplos de ácidos fuertes incluyen el ácido clorhídrico (HCl) y el ácido sulfúrico (H2SO4), mientras que ejemplos de bases fuertes son el hidróxido de sodio (NaOH) y el hidróxido de potasio (KOH). 

 

·        Los ácidos/bases débiles, por otro lado, se ionizan parcialmente en solución. Esto significa que solo una fracción de la sustancia se disocia en iones H+ o OH-. Ejemplos de ácidos débiles son el ácido acético (CH3COOH) y el ácido cítrico (C6H8O7), mientras que ejemplos de bases débiles incluyen el amoníaco (NH3) y el carbonato de sodio (Na2CO3). 

 

4.      ¿Qué pasará si agregamos un ácido o base fuerte al agua?  

 

Cuando agregamos un ácido o una base fuerte al agua, ocurren reacciones de ionización que afectan el equilibrio de iones en la solución. Aquí tienes lo que sucede en cada caso: 

 

·        Ácido fuerte en agua: 

 

o   Cuando agregamos un ácido fuerte al agua, éste se disocia completamente en iones de hidrógeno (H+) y en el anión correspondiente. 

o   Por ejemplo, si agregamos ácido clorhídrico (HCl) al agua, se disocia en iones de hidrógeno (H+) y iones de cloruro (Cl-). 

o   Esto aumenta la concentración de iones H+ en la solución, disminuyendo así el pH y volviendo la solución más ácida. 

 

·        Base fuerte en agua: 

 

o   Cuando agregamos una base fuerte al agua, ésta se disocia completamente en iones hidroxilo (OH-) y en el catión correspondiente. 

o   Por ejemplo, si agregamos hidróxido de sodio (NaOH) al agua, se disocia en iones hidroxilo (OH-) y iones de sodio (Na+). 

o   Esto aumenta la concentración de iones OH- en la solución, lo que lleva a un aumento del pH y hace que la solución sea más básica (alcalina). 

 

En resumen, agregar un ácido fuerte al agua aumentará la concentración de iones H+ y hará que la solución sea más ácida, mientras que agregar una base fuerte aumentará la concentración de iones OH- y hará que la solución sea más básica. Estos cambios en el equilibrio iónico pueden tener importantes implicaciones en la química y en diversos procesos industriales y biológicos. 

 

5.      ¿Le parece que el agregado de un ácido o base fuerte a la sangre cambiará en igual magnitud el pH que cuando se agrega la misma cantidad al agua? 

 

No, el impacto del agregado de un ácido o una base fuerte a la sangre no producirá necesariamente el mismo cambio de pH que cuando se agrega la misma cantidad al agua. Esto se debe a que la sangre es un sistema tampón o amortiguador que puede resistir cambios en el pH. Los sistemas amortiguadores en la sangre, como los pares ácido-base bicarbonato (HCO3-/H2CO3) y fosfato (HPO4^2-/H2PO4^-), ayudan a mantener el pH dentro de un rango estrecho, al contrarrestar los cambios en la concentración de ácidos y bases. 

  

6.      Busque ejemplos de sistemas amortiguadores en el organismo. 

·        El sistema bicarbonato en la sangre, que mantiene el equilibrio ácido-base mediante la regulación de los niveles de dióxido de carbono (CO2) y bicarbonato (HCO3-). 

·        El sistema fosfato, presente en la sangre y en la orina, que ayuda a mantener el pH al actuar como un amortiguador frente a cambios en los niveles de ácido fosfórico (H3PO4) y fosfato (H2PO4^-). 

·        El sistema proteína-aminoácido, donde las proteínas actúan como amortiguadores aceptando o liberando iones H+ según sea necesario para mantener el pH. 

 

7.      ¿Cuál es el pH de la sangre? ¿y el del interior celular? ¿A qué le parece que se debe la diferencia? 

 

El pH de la sangre humana se encuentra dentro de un estrecho rango de aproximadamente 7.35 a 7.45, con un valor óptimo de alrededor de 7.4. El pH del interior celular suele ser ligeramente más ácido, alrededor de 7.0 a 7.3. La diferencia en el pH entre la sangre y el interior celular se debe a varios factores, incluyendo la actividad metabólica, la producción de CO2 como subproducto del metabolismo celular y la regulación de los sistemas tampón dentro y fuera de las células. La homeostasis ácido-base es crucial para el funcionamiento adecuado de las células y el organismo en su conjunto. 

 

 

8.      De acuerdo a la siguiente reacción del sistema buffer bicarbonato/ácido carbónico:  

  

CO₂ + H₂O ⇌ H₂CO₃ ⇌ HCO₃ ^- + H⁺ 

  

a.      Marque cual es el ácido y cual la base conjugada   

b.      Este es el principal sistema amortiguador del organismo, una de las causas es porque es ABIERTO. ¿A qué se refiere que sea abierto? 

 

·        El ácido es el ácido carbónico (H2CO3). 

·        La base conjugada es el ion bicarbonato (HCO3-). 

B) Cuando se dice que el sistema buffer bicarbonato/ácido carbónico es "abierto", significa que puede interactuar con una fuente externa de ácido o base para ajustar el pH. En otras palabras, el sistema puede aceptar o liberar ácido o base adicional para mantener el pH dentro de un rango fisiológico normal.

Por ejemplo, si hay un aumento en la concentración de ácido en el organismo, el sistema buffer bicarbonato/ácido carbónico puede responder liberando iones de hidrógeno (H+) y combinándolos con iones bicarbonato (HCO3-) para formar ácido carbónico (H2CO3), lo que ayuda a amortiguar el cambio en el pH. Del mismo modo, si hay un exceso de base, el sistema puede capturar iones H+ liberando bicarbonato. Esta capacidad de ajuste dinámico es fundamental para mantener el equilibrio ácido-base en el cuerpo humano. 

 

c.       Si una persona hace ejercicio, y en consecuencia aumenta la producción de ácidos, ¿hacia dónde se moverá el equilibrio de la reacción?, ¿qué ocurrirá con la concentración de CO₂? ¿qué ocurrirá con la respiración de la persona? 

 

Cuando una persona hace ejercicio y aumenta la producción de ácidos, el equilibrio de la reacción se moverá hacia la derecha, favoreciendo la formación de más ácido carbónico (H2CO3) y protones (H+). Esto se debe a que el CO2 producido durante el ejercicio reacciona con el agua para formar ácido carbónico, lo que aumenta la concentración de iones de hidrógeno (H+). 

 

Como resultado, la concentración de CO2 en la sangre aumentará debido a la producción adicional de CO2 como subproducto del metabolismo durante el ejercicio. 

Para compensar este aumento de ácidos y mantener el equilibrio ácido-base, la respiración de la persona aumentará. La respiración más rápida y profunda permite exhalar más CO2, lo que ayuda a disminuir la concentración de CO2 en la sangre y a restaurar el equilibrio ácido-base. 

 

d.      Escriba la ecuación 2 utilizando los componentes del sistema amortiguador bicarbonato/ácido carbónico, y calcule el pH de la sangre sabiendo que: pK= 6.1, bicarbonato= 24mmoles/l y CO2=1.2 mmoles/l. 

 

pH=7.4010 

Por lo tanto, el pH de la sangre en este caso sería aproximadamente 7.40.