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Sistema Amortiguador de pH (Buffer) Marzo 12 de 2010 Grupo: 01 Resumen En la práctica sistema amortiguador de pH; Fueron tomados varios tipos de bebidas gaseosas, con el fin de analizar la capacidad amortiguadora de cada bebida con la misma concentración pero con diferentes cantidades de volúmenes. Se trabajo con la base concentrada al (0.1M de NaOH) y con el ácido concentrado al (0.1M HCl). Al obtener los resultados se observo que tipo de bebidas tienen la mejor capacidad tampón frente a las variaciones de los ácidos y las bases. Introducción Tanto los ácidos orgánicos como los inorgánicos se encuentran abundantemente en los sistemas naturales donde se desempeñan funciones muy diversas desde metabolitos intermediaros hasta componentes de sistema tampón. En fermentaciones naturales el ácido láctico (CH 3 -CHOH-COOH), producido por estreptococos y lactobacilos, coagula la caseína al reducir el pH hasta la proximidad de su punto isoeléctrico. Tienen la capacidad para impartir sabor ácido o agrio a los alimentos; Los ácidos también modifican e intensifican la percepción del sabor de otros agentes aromatizantes.

Sistema Amortiguador de pH (practica)

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Sistema Amortiguador de pH (Buffer)

Marzo 12 de 2010

Grupo: 01

Resumen

En la práctica sistema amortiguador de pH; Fueron tomados varios tipos de bebidas gaseosas, con el

fin de analizar la capacidad amortiguadora de cada bebida con la misma concentración pero con

diferentes cantidades de volúmenes. Se trabajo con la base concentrada al (0.1M de NaOH) y con el

ácido concentrado al (0.1M HCl). Al obtener los resultados se observo que tipo de bebidas tienen la

mejor capacidad tampón frente a las variaciones de los ácidos y las bases.

Introducción

Tanto los ácidos orgánicos como los inorgánicos se encuentran abundantemente en los sistemas

naturales donde se desempeñan funciones muy diversas desde metabolitos intermediaros hasta

componentes de sistema tampón. En fermentaciones naturales el ácido láctico (CH3-CHOH-COOH),

producido por estreptococos y lactobacilos, coagula la caseína al reducir el pH hasta la proximidad de

su punto isoeléctrico. Tienen la capacidad para impartir sabor ácido o agrio a los alimentos; Los

ácidos también modifican e intensifican la percepción del sabor de otros agentes aromatizantes.

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Las sustancias básicas o alcalinas tienen múltiples usos en los alimentos y en el procesado de los

mismos.

Aunque la mayoría se relacionan con el ajuste y control del pH, regulan el desprendimiento de dióxido

de carbono, mejorar el color y el sabor, solubilizar las proteínas y el pelado químico. Un pH elevado

aumenta las reacciones de pardeamiento azúcar-amino y la polimerización de los flavonoides.

Algunos productos alimenticios requieren a veces un ajuste a valores de pH más altos al objeto de

conseguir una característica más estable y más deseables.

Puesto que la mayoría de los alimentos son materiales complejos de origen biológico, contienen

numerosas sustancias que pueden participar en el control del pH y en la capacidad tampón. Entre ellas

incluyen las proteínas, ácidos orgánicos y fosfatos de ácidos inorgánicos débiles. El ácido láctico y los

fosfatos, junto a las proteínas, son sustancias de importancia en el control del pH de los tejidos

animales, mientras que en los vegetales lo son los ácidos policarboxílicos, los fosfatos y las proteínas.

En las plantas los sistemas tampón clásicos contienen ácido cítrico (limón, tomates y ruibarbo), ácido

málico (manzanas, tomates y lechugas), ácido oxálico (ruibarbo y lechugas) y ácido tartárico (uvas y

piñas) los cuales normalmente en unión con los fosfatos para mantener el control del pH. La leche

actúa como un complejo tampón ya que contiene dióxido de carbono, proteínas, fosfatos, citrato y otros

constituyentes menores (Fennema 2000).

Materiales y Métodos

El material suministrado por el laboratorio fue:

pH-metro (dispositivo usado para medir el pH de las sustancias)

Erlenmeyer (se usa para contener líquidos)

Probeta (Usado para medir el volumen de los líquidos)

Pipeta volumétrica (usado para medir volúmenes mas exactos)

Soluciones NaOH y HCl

Bebidas gaseosa.

La metodología que se siguió para esta práctica fue muy sencilla primero que todo, para todas las

bebidas tomamos un volumen estándar para realizar todas las pruebas en este caso fue (20mL).

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Los cuales fueron almacenados en los erlenmeyer para luego adicionar las cantidades de 1mL, 3mL,

5mL y 5.4mL; según el caso ácido (HCl) o base (NaOH). Luego nos dirigimos a realizar las medidas de

pH respectivamente, y a tomar notas según cual sea el caso que estemos evaluando, para lo cual se

elaboro una tabla (tabla 1).

Resultados

Lo primero que se realizo fue medir el pH de las bebidas gaseosas ya suministradas por el laboratorio,

luego se agregaron a la (tabla 1); Para tener en cuenta el pH inicial de cada bebida.

Tabla 1. pH de las bebidas antes y después de añadir NaOH y HCl.

Bebidas pH

inicial

NaOH (0,1M) HCl (0,1M)

1mL 3mL 5mL 5,4mL 1mL 3mL 5mL 5,4mL

Coca-

cola

2.57 pH

3.11

pH

5.19

pH

6.20

pH

6.60

pH

2.20

pH

1.97

pH

1.81

pH

1.77

J.

Naranja

3.80 pH

3.89

pH

4.06

pH

4.28

pH

4.38

pH

3.68

pH

3.49

pH

3.29

pH

3.24

Soda 4.30 pH

6.0

pH

6.16

pH

6.38

pH

6.42

pH

2.46

pH

1.99

pH

1.90

pH

1.85

7 Up 3.25 pH

3.90

pH

5.03

pH

5.70

pH

5.94

pH

2.76

pH

2.06

pH

1.84

pH

1.82

Néctar

Manzana

3.52 pH

3.83

pH

5.19

pH

9.89

pH

10.56

pH

2.86

pH

2.25

pH

1.96

pH

1.90

Como se observo en la (tabla1), se ve como cambio el nivel de pH para cada bebida al agregar NaOH o

HCl; Al agregar NaOH se noto como aumento paulatinamente el pH y al agregar el HCl el pH

disminuía gradualmente. Hubo bebidas que al agregar 1mL no sufrieron muchos cambios pero cuando

se le agregan los 3mL su cambio fue más brusco, por lo tanto se puede decir que el intervalo de pH es

la región amortiguación del buffer de esta bebida con respecto a la solución buffer.

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Para mayor entendimiento de si es ácido o base se consulto una escala de medición del pH (figura.1); y

el dispositivo para su medición un pH-metro o (potenciómetros (figura. 2)).

Figura 1. Escala de medición del pH.

Figura 2. pH-metro.

A continuación para tener una mayor visión de lo que sucede al agregar NaOH y HCl a las bebidas,

realizamos las siguientes graficas.

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Figura 3. Cambio del pH en la Coca-cola pH inicial (2.57).

De la grafica (figura 3) se concluyo que al agregar NaOH (hidróxido de sodio) su pH aumenta, ya que

reaccionan los iones hidronio (H+) y los hidroxilos (OH

-); Formando así (H2O), lo cual causo que la

concentración H+

no disminuiré y en cambio aumento. Cuando le agregamos el HCl (ácido clorhídrico)

su pH disminuyo ya que los iones H+ reaccionan neutralizando así su concentración, pero su cambio de

pH no fue tan brusco en comparación cuando le agregamos NaOH.

Figura 4. Cambio del pH en el Jugo de Naranja pH inicial (3.80).

De la grafica anterior (figura 4), sucede la misma reacción que en el punto anterior; Al agregar NaOH

su pH aumenta ya que reaccionan iones hidronio (H+) e iones hidroxilo (H

-) formando H2O, y al

agregar HCl su pH disminuyo a causa de que los iones H+ neutralizan su concentración. La diferencia

es que en esta bebida los cambios en el pH no son tan bruscos ni para el NaOH ni para el HCl, aunque

para el HCl los cambios si fueron mucho más pequeños de lo cual podemos concluir que es un buen

sistema amortiguador en comparación con la Coca-cola.

3,11

5,19

6,2 6,6

2,2 1,97 1,81 1,77

0

1

2

3

4

5

6

7

1 3 5 5,4

pH

de

las

be

bid

as

mL de NaoH y HCl

Base NaOH

Ácido HCl

3,89 4,06 4,28 4,38

3,68 3,49 3,29 3,24

0

1

2

3

4

5

1 3 5 5,4

pH

de

las

be

bid

as

mL de NaoH y HCl

Base NaOH

Ácido HCl

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Figura 5. Cambio del pH en la Soda pH inicial (4.30).

De la grafica (figura 5) se puede inferir lo mismo que sucede en los casos anteriores; Además de que

no tiene mucha capacidad tampón ya que como se observo en la grafica su cambio en el pH es

demasiado brusco. Por lo que concluimos que su sistema amortiguador o buffer no es nada eficaz en

esta bebida.

Figura 6. Cambio del pH en 7 Up pH inicial (3.25).

De la grafica (figura 6) Se puede decir que no presenta un buen sistema tampón ya que su pH luego de

agregar los 3mL de la base cambia bruscamente pero al agregar ácido no es muy grande el cambio que

se presenta lo que nos lleva a decir que la solución buffer de 7 Up es un poco eficaz.

6 6,16 6,38 6,42

2,461,99 1,9 1,85

0

1

2

3

4

5

6

7

1 3 5 5,4

pH

de

las

be

bid

as

mL de NaoH y HCl

Base NaOH

Ácido HCl

3,9

5,035,7 5,94

2,762,06 1,84 1,82

0

1

2

3

4

5

6

7

1 3 5 5,4

pH

de

las

be

bid

as

mL de NaoH y HCl

Base NaOH

Ácido HCl

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Figura 7. Cambio del pH en el Néctar de Manzana pH inicial (3.52).

De la grafica (figura 7) se pudo concluir como tuvo un gran cambio de pH cuando se le agrego el

NaOH y disminuyo en cierto modo al agregar el HCl; Como se observo este cambio quiere decir que

su sistema amortiguador o solución buffer no fue eficaz para esta bebida.

Discusión

Como se observo en las graficas anteriores hay bebidas que su capacidad tampón no fue nada eficaz,

esto se evidencia con claridad en la soda (figura 5). Como ya esta claro que un buen sistema buffer

debe presentar una amortiguación tanto en los ácidos como en las bases; Cuando se realizo un estudio

más profundo del néctar de manzana, se observo en la (figura 7) no presento un cambio muy brusco

cuando se le agrego ácido; Pero en cambio, al agregar la base NaOH tuvo una elevada variación en el

pH lo que produjo que en la observación se determinara que no fue un eficaz sistema buffer, es decir;

que su capacidad tampón es fue muy mala. También se tuvo en cuenta que en los sistemas

amortiguadores la concentración no influye en la medición del pH ya que 2 M en sal y 1 M en ácido,

regula el mismo pH que un sistema amortiguador 4 M en sal y 2 M en ácido, debido a que la relación

concentración de sal /concentración de ácido es igual. En el caso del néctar de manzana la reacción

que sucedió fue que, se añadió al sistema una base fuerte, hidróxido de sodio, los iones hidroxilos

consumieron rápidamente iones hidrógenos del sistema para formar agua, lo que provoco la

transformación de una parte del ácido acético libre en acetato que es una base menos fuerte que el

3,83

5,19

9,8610,56

2,862,25 1,96 1,90

2

4

6

8

10

12

1 3 5 5,4

pH

de

las

be

bid

as

mL de NaoH y HCl

Base NaOH

Ácido HCl

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hidróxido de sodio lo que causo su elevado incremento de pH (figura 7). Y añadió al sistema un ácido

fuerte, ácido clorhídrico, se produjo un aumento instantáneo de la concentración de iones hidrógenos,

los cuales son neutralizados por la base conjugada del ácido liberando así, una cantidad equivalente de

ácido débil, por este motivo su variación en el pH no fue tan elevada (figura 7).

Para una mejor observación se realizo un solo grafico para observar cual de todas presento la mayor

amortiguación (figura 8).

Figura 8. Cambios en el pH de las bebidas en presencia de NaOH.

Cuando se observo la grafica (figura 8) quedo más claro como el néctar de manzana fue el que menos

presento capacidad tampón ya que se muestro el pH inicial de las bebidas y luego su reacción a

diferentes volúmenes de NaOH con el fin der identificar los intervalos de amortiguación. Además si

observamos bien notamos claramente como el más estable es el jugo de manzana.

Pero ahora veamos como reaccionaron en presencia de un ácido en este caso HCl. Para lo cual nos

basamos en la grafica anterior (figura 8), para que fuese más fácil distinguir los cambios de ácido y

base.

0

2

4

6

8

10

12

pH inicial 1 3 5 5,4

pH

de

be

bid

as

mL de NaOH

Coca-cola

J. Naranja

Soda

7 Up

N. Manzana

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Figura 9. Cambios en el pH de las bebidas en presencia de HCl.

De la grafica anterior (figura 9) se pudo ver como disminuye el pH en presencia del HCl y se observo

como el néctar de manzana tiene una gran diferencia si lo vemos con el rango del NaOH (figura 8) y

como el jugo de naranja fue el que presento un intervalo más estable.

Puede demostrarse que la eficacia máxima de un amortiguador, tanto para neutralizar ácidos como

bases, está en la zona de pH próxima al pK del ácido.

El máximo de eficacia de un amortiguador frente a una base está en el punto de pH igual a pK - 0.5,

mientras que la eficacia máxima frente a un ácido fuerte está en el punto de pH igual a pK + 0.5. A

medida que nos alejamos del pK, la capacidad amortiguadora decrece, considerándose nula a tres

unidades de distancia, es decir, a un valor de pK + 3 frente a las bases y de pK – 3 frente a los ácidos.

En estas condiciones solo encontramos, prácticamente, uno de los componentes del sistema.

Todas las variedades de manzana ofrecen importante aportación de vitamina C y otras sustancias con

propiedades anticancerígenas y antioxidantes (que evitan el envejecimiento de los tejidos) que

mantienen en perfecto estado al sistema inmunológico (encargado de defender al organismo de

enfermedades).

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

4,5

pH inicial 1 3 5 5,4

pH

de

be

bid

as

mL de HCl

Coca-cola

J. Naranja

Soda

7 Up

N. Manzana

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Conclusión

Se determino a través de diferentes bebidas, si presentaban un sistema amortiguador.

Usando el pH-metro se determino cuales bebidas presentaron el intervalo de amortiguación más

estable; Añadiendo diferentes cantidades de volumen en (mL).

Preguntas

1) ¿Qué es un sistema amortiguador de pH (solución reguladora)?

2) ¿Cómo entiende el efecto regulador?

3) ¿Cuáles son las ecuaciones de Henderson-Hasselbalch? ¿Para qué sirven?

4) Presenta ejemplos de sistemas amortiguadores de pH y su rango o intervalo de funcionalidad.

5) Escoja una bebida gaseosa común y tráigala para el día de la práctica. ¿Tienen las bebidas

gaseosas sistema de amortiguación de pH? ¿Y los jugos procesados?

6) ¿Existe alguna diferencia entre un sistema amortiguador y una bebida común en cuánto a su

comportamiento químico (pH)? Explique.

7) ¿Qué pasa si los cambios finitos a los que se somete el sistema amortiguador son pequeños? ¿Si

son cambios considerables en unidades de volumen?

8) ¿Por qué cree usted que son importantes los sistemas amortiguadores de pH en la industria de

alimentos?

9) Sugiera un sistema amortiguador de pH económico y funcional. Justifique.

10) En cuanto a normas de seguridad. ¿Cuáles son las principales normas de seguridad para

manipular ácidos? ¿bases?

Solución

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1. Son cuyas soluciones cuya concentración de hidrogeniones varía muy poco al añadirles ácidos o

bases fuertes. El objeto de su empleo, tanto en técnica de laboratorio como en la finalidad

funcional del plasma, es precisamente impedir o amortiguar las variaciones de pH y, por eso,

suele decirse que sirven para mantener constante el pH.

2. Supongamos un amortiguador constituido de ácido acético y acetato de sodio. El ácido estará

parcialmente disociado estableciendo un equilibrio entre las partículas de ácido sin disociar los

iones hidrógenos y los iones de base conjugada. El acetato de sodio, como todas las sales, está

disociado completamente y, por esta causa, el ión acetato procedente de la sal desplaza el

equilibrio hacia la formación de ácido, disminuyendo la concentración de hidrogeniones libres.

La presencia conjunta de la sal y el ácido hace decrecer la acidez libre. Si las cantidades de sal

y ácido son del mismo orden de magnitud, la concentración de iones hidrógenos se regulará por

la reacción de equilibrio del ácido, es decir.

CH3-COOH ↔ CH3-COO - + H+

Si añadimos al sistema un ácido fuerte, por ejemplo ácido clorhídrico, se produce un aumento

instantáneo de la concentración de iones hidrógenos, los cuales son neutralizados por la base conjugada

del ácido liberando así, una cantidad equivalente de ácido débil.

Si añadimos al sistema una base fuerte, por ejemplo hidróxido de sodio, los iones hidroxilos consumen

rápidamente iones hidrógenos del sistema para formar agua, lo que provoca la transformación de una

parte del ácido acético libre en acetato que es una base menos fuerte que el hidróxido de sodio.

3. Es útil por diversas razones. Primero puede utilizarse para demostrar que las adiciones de

pequeñas cantidades de ácido o base a un buffer producen pequeños cambios de pH, en

comparación con lo que ocurriría en el agua pura o en una solución de sal en un acido fuerte y

una base fuerte, como el NaCl. También contar con una forma sencilla de calcular las

cantidades de ácido y base que agregar a una solución para obtener el pH deseado (en otras

palabras, cómo elaborar un buffer).

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Finalmente puede utilizarse para calcular el valor pK a partir de datos experimentales.

𝑝𝐻 = 𝑝𝑘𝑎 + log(𝐴−)

(𝐻𝐴)

4. Tabla 2. Sistemas amortiguadores de pH y su rango de funcionalidad.

Nombre del buffer Intervalo de funcionalidad

Glicina-HCl 1.2-3.4

Citrato de Na-HCl 1.2-5.0

Citrato de Na-NaOH 5.2-6.6

Acetato 3.5-5.6

Maleato de tris 5.2-8.6

Tris-HCl 7.2-9.0

5. Todas las gaseosas se encuentran débilmente aciduladas por el ácido carbónico que es un ácido

débil, esta el caso de 7 Up que esta neutro, pero en otras bebidas que contienen ácido cítrico

como la naranja presentan un buen sistema de amortiguación. De lo que puede decirse que los

jugos procesados presentan una mayor amortiguación que las bebidas gaseosas.

6. Ambas son muy parecidas pero difieren en cuanto a que los sistemas amortiguadores están

preparados para no sufrir grandes alteraciones en el pH, es decir, mantenerlo estable y a pesar

de que algunas bebidas presentan sistemas buffer no se comparan con los cambios en un

sistema de amortiguación; Es decir, su pH sufre muchas variaciones. Pero si pueden usarse

como un sistema amortiguador.

7. Pues como ya lo hemos dicho los buffer se encargan de mantener constante el pH en cierto

intervalo de amortiguación y si los cambios son pequeños no variara considerablemente el pH.

Pero si son cambios considerables de volumen pues nos encontraremos que nuestro sistema se romperá,

ya que ellos están preparados para amortiguar hasta cierta cantidad de volumen y cambiara el grado de

disposición del buffer.

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8. Son muy importantes ya que las soluciones amortiguadoras estabilizan el pH en los alimentos.

También se utiliza para neutralizar alimentos que son demasiado ácidos. Al utilizar la sal del

ácido que ya esta presente como buffer se reduce la acidez, sin agregar sabores característicos

de la neutralización.

9. Una buena sustancia amortiguadora seria el jugo de naranja ya que presenta un intervalo de

amortiguamiento muy bueno sobre todo es económico y funcional. Como se muestra en la

(figura 8) y en la (figura 9) la variación al agregar ácido y base fue muy poca; Y un buffer debe

presentar amortiguamiento tanto en presencia de bases como en presencia de ácidos.

10. En el caso de los ácidos si hay incendio esta permitido el uso de todos los agentes extintores.

Es un producto corrosivo y en caso de inhalación produce una sensación de quemazón, tos,

dificultad respiratoria, jadeo, dolor de garganta. En caso de contacto con la piel produce

quemaduras cutáneas graves y dolor. Al manipular este producto se debe tener demasiada

precaución usando gafa ajustadas de seguridad y trabajar en campana de extracción. En caso de

derrame se debe evacuar la zona de peligro, eliminar el gas producido con aspersión de agua,

ventilar y consultar a un experto.

En las bases se debe tener cuidado como con la base que se trabajo el NaOH; Ya que al contacto con la

humedad o con el agua, puede generar el suficiente calor para producir la ignición de sustancias

combustibles. Compuesto corrosivo. Su inhalación produce sensación de quemazón, tos y dificultad

respiratoria. Al contacto con la piel produce enrojecimiento, graves quemaduras cutáneas hasta dolor.

La ingestión produce dolor abdominal, sensación de quemazón, diarrea, vómitos y el colapso. A la

persona que ingiere este producto se le debe enjuagar la boca, dar a beber agua abundante y

proporcionar asistencia médica. No provocar el vómito.

Bibliografía

FENEMA, Owen R. Química de los alimentos. 2da. Edición. Marcel Dekker, Inc. Zaragoza, 2000.