Qué es una disolución reguladora
Una disolución reguladora, amortiguadora o tampón mantiene su pH casi constante aunque se le añadan pequeñas cantidades de ácido o de base. Está formada por un ácido débil y su base conjugada (o una base débil y su ácido conjugado) en concentraciones parecidas. La sangre, los medios de cultivo, los champús o los reactivos de laboratorio dependen de ellas.
La ecuación de Henderson-Hasselbalch
pH = pKa + log([A⁻] / [HA])
- pKa: −log Ka, característico del par ácido/base.
- [A⁻]: concentración de la base conjugada.
- [HA]: concentración del ácido.
Despejando se obtiene la proporción necesaria para un pH dado:
[A⁻] / [HA] = 10^(pH − pKa)
Ejemplo resuelto
Un tampón acético con 0,15 mol/L de acetato de sodio y 0,10 mol/L de ácido acético (pKa 4,76):
- Proporción: 0,15 ÷ 0,10 = 1,5.
- pH = 4,76 + log 1,5 = 4,76 + 0,18 = 4,94.
- El 40 % está en forma ácida y el 60 % en forma básica.
Para preparar un tampón de pH 5,00 con el mismo par, la proporción debería ser 10^(0,24) = 1,74.
Pares habituales
| Par | pKa | Intervalo útil |
|---|---|---|
| Ácido acético / acetato | 4,76 | 3,8 a 5,8 |
| Ácido carbónico / bicarbonato | 6,35 | 5,4 a 7,4 |
| H₂PO₄⁻ / HPO₄²⁻ | 7,21 | 6,2 a 8,2 |
| Tris | 8,07 | 7,1 a 9,1 |
| Amonio / amoniaco | 9,25 | 8,3 a 10,3 |
El intervalo de amortiguación
Un tampón funciona bien cuando la proporción base/ácido está entre 1/10 y 10, es decir, en pKa ± 1. La máxima capacidad amortiguadora se alcanza cuando las dos formas están al 50 %, y el pH coincide con el pKa. Por eso, para un pH objetivo se elige un par cuyo pKa esté lo más cerca posible.
La capacidad también depende de la concentración total: un tampón 0,5 mol/L resiste mucho más que uno 0,01 mol/L con la misma proporción.
El tampón de la sangre
El pH sanguíneo se mantiene entre 7,35 y 7,45 gracias, sobre todo, al sistema ácido carbónico/bicarbonato. En la sangre, con pKa aparente de 6,1, la proporción bicarbonato/ácido carbónico es de unos 20 a 1: pH = 6,1 + log 20 = 7,4. Los pulmones regulan el CO₂ y los riñones el bicarbonato. Las gasometrías arteriales usan precisamente esta ecuación.
Relación con las valoraciones
En la valoración de un ácido débil con una base fuerte, a mitad del camino hacia el punto de equivalencia (punto de semiequivalencia) se cumple [A⁻] = [HA] y pH = pKa. Es un método sencillo para determinar el pKa experimentalmente.
Limitaciones
- Usa concentraciones en lugar de actividades, lo que funciona en disoluciones moderadamente diluidas.
- Falla con ácidos fuertes, con pKa muy bajos o muy altos, o con disoluciones muy diluidas, donde la autoionización del agua importa.
- El pKa varía con la temperatura: el del Tris baja unas 0,03 unidades por grado.