2.4: Bufferes, pH, Ácidos y Bases

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El pH de una solución es una medida de su acidez o alcalinidad. Probablemente hayas usado papel tornasol, papel que ha sido tratado con un tinte natural soluble en agua por lo que se puede usar como indicador de pH, para probar cuánto ácido o base (alcalinidad) existe en una solución. Incluso podría haber usado algunos para asegurarse de que el agua de una piscina al aire libre esté tratada adecuadamente. En ambos casos, esta prueba de pH mide la cantidad de iones hidrógeno que existe en una solución dada. Las altas concentraciones de iones hidrógeno producen un pH bajo, mientras que los niveles bajos de iones de hidrógeno dan como resultado un pH alto. La concentración global de iones hidrógeno está inversamente relacionada con su pH y se puede medir en la escala de pH (Figura\(\PageIndex{1}\)). Por lo tanto, cuantos más iones hidrógeno estén presentes, menor será el pH; a la inversa, cuanto menos iones hidrógeno, mayor será el pH.

La escala de pH oscila entre 0 y 14. Un cambio de una unidad en la escala de pH representa un cambio en la concentración de iones hidrógeno por un factor de 10, un cambio en dos unidades representa un cambio en la concentración de iones hidrógeno por un factor de 100. Por lo tanto, pequeños cambios en el pH representan grandes cambios en las concentraciones de iones hidrógeno. El agua pura es neutra. No es ni ácida ni básica, y tiene un pH de 7.0. Cualquier cosa por debajo de 7.0 (que va de 0.0 a 6.9) es ácida, y cualquier cosa por encima de 7.0 (de 7.1 a 14.0) es alcalina (básica). La sangre en tus venas es ligeramente alcalina (pH = 7.4). El ambiente en tu estómago es altamente ácido (pH = 1 a 2). El jugo de naranja es ligeramente ácido (pH = aproximadamente 3.5), mientras que el bicarbonato de sodio es básico (pH = 9.0).

La escala de pH con sustancias representativas y sus pH. — **Figura\(\PageIndex{1}\): La** escala de pH mide la cantidad de iones hidrógeno (H ⁺) en una sustancia. (crédito: modificación de obra de Edward Stevens)

Los ácidos son sustancias que proporcionan iones hidrógeno (H ⁺) y pH más bajo, mientras que las bases proporcionan iones hidróxido (OH ^—) y elevan el pH. Cuanto más fuerte es el ácido, más fácilmente dona H ⁺. Por ejemplo, el ácido clorhídrico y el jugo de limón son muy ácidos y renuncian fácilmente al H ⁺ cuando se agregan al agua. Por el contrario, las bases son aquellas sustancias que donan fácilmente OH ^—. Los iones OH ^— se combinan con H ⁺ para producir agua, lo que eleva el pH de una sustancia. ^{El hidróxido de sodio y muchos limpiadores domésticos son muy alcalinos y abandonan el OH, rápidamente cuando se colocan en agua, elevando así el pH.}

La mayoría de las células de nuestro cuerpo operan dentro de una ventana muy estrecha de la escala de pH, típicamente que varía solo de 7.2 a 7.6. Si el pH del cuerpo está fuera de este rango, el sistema respiratorio funciona mal, al igual que otros órganos del cuerpo. Las células ya no funcionan correctamente y las proteínas se descompondrán. La desviación fuera del rango de pH puede inducir coma o incluso causar la muerte.

Entonces, ¿cómo es que podemos ingerir o inhalar sustancias ácidas o básicas y no morir? Los búferes son la clave. Los tampones absorben fácilmente el exceso de H ⁺ u OH ^—, manteniendo el pH del cuerpo cuidadosamente mantenido en el rango estrecho antes mencionado. El dióxido de carbono es parte de un sistema tampón prominente en el cuerpo humano; mantiene el pH dentro del rango adecuado. Este sistema tampón involucra ácido carbónico (H ₂ CO ₃) y anión bicarbonato (HCO ₃ ^—). Si entra demasiado H ⁺ al cuerpo, el bicarbonato se combinará con el H ⁺ para crear ácido carbónico y limitar la disminución del pH. De igual manera, si se introduce demasiado OH ^— en el sistema, el ácido carbónico se disociará rápidamente en bicarbonato e iones H ⁺. Los iones H ⁺ pueden combinarse con los iones OH ^—, limitando el aumento del pH. Si bien el ácido carbónico es un producto importante en esta reacción, su presencia es fugaz porque el ácido carbónico se libera del cuerpo como gas dióxido de carbono cada vez que respiramos. Sin este sistema tampón, el pH en nuestros cuerpos fluctuaría demasiado y no lograríamos sobrevivir.

Consulta\(\PageIndex{1}\)

Consulta\(\PageIndex{2}\)

Referencias

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OpenStax, Conceptos de Biología. OpenStax CNX. marzo 22, 2017 https://cnx.org/contents/s8Hh0oOc@9....0BfSb7@4/Water