Guía para hacer un simple amortiguador de fosfato

En química, una solución tampón sirve para mantener un pH estable cuando se introduce una pequeña cantidad de ácido o base en una solución. Una solución tampón de fosfato es especialmente útil para aplicaciones biológicas, que son especialmente sensibles a los cambios de pH, ya que es posible preparar una solución cerca de cualquiera de los tres niveles de pH.

Los tres valores pKa del ácido fosfórico (del Manual de Química y Física de la CRC) son 2,16, 7,21 y 12,32. El fosfato monosódico y su base conjugada, el fosfato disódico, suelen utilizarse para generar tampones de valores de pH en torno a 7, para aplicaciones biológicas, como se muestra aquí.

  • Nota: Recuerde que la pKa no se mide fácilmente con un valor exacto. Es posible que en la literatura se encuentren disponibles valores ligeramente diferentes de diferentes fuentes.

Hacer este amortiguador es un poco más complicado que hacer los amortiguadores TAE y TBE, pero el proceso no es difícil y sólo debería llevar unos 10 minutos.

Materiales

Para hacer su amortiguador de fosfato, necesitará los siguientes materiales:

  • Fosfato monosódico
  • Fosfato disódico.
  • Ácido fosfórico o hidróxido de sodio (NaOH)
  • Medidor y sonda de pH
  • Matraz volumétrico
  • Cilindros graduados
  • Vasos de precipitados
  • Barras de revuelto
  • Placa agitadora

Paso 1. Decidir las propiedades de la memoria intermedia

Antes de hacer un tampón, primero debes saber qué molaridad quieres que sea, qué volumen hacer y cuál es el pH deseado. La mayoría de los tampones funcionan mejor en concentraciones entre 0,1 M y 10 M. El pH debe estar dentro de 1 unidad de pH del ácido/conjugado base pKa. Para simplificar, este cálculo de la muestra crea 1 litro de tampón.

Paso 2. Determinar la relación entre el ácido y la base

Utilice la ecuación de Henderson-Hasselbalch (HH) (abajo) para determinar qué proporción de ácido y base se requiere para hacer un amortiguador del pH deseado. Utilice el valor pKa más cercano al pH deseado; la proporción se refiere al par de conjugado ácido-base que corresponde a ese pKa.

Ecuación de HH: pH = pKa + log ([Base] / [Ácido])

Para un tampón de pH 6,9, [Base] / [Ácido] = 0,4898

Sustituye a [Ácido] y resuelve a [Base]

La molaridad deseada del tampón es la suma de [Ácido] + [Base].

Para un buffer de 1 M, [Base] + [Ácido] = 1 y [Base] = 1 – [Ácido]

Sustituyendo esto en la ecuación de proporción, desde el paso 2, obtienes:

[Ácido] = 0,6712 moles/L

Resolver para [Ácido]

Usando la ecuación: [Base] = 1 – [Ácido], puedes calcular eso:

[Base] = 0.3288 moles/L

Paso 3. Mezclar el ácido y la base conjugada

Después de usar la ecuación de Henderson-Hasselbalch para calcular la proporción de ácido y base requerida para su amortiguador, prepare un poco menos de 1 litro de solución usando las cantidades correctas de fosfato monosódico y fosfato disódico.

Paso 4. Comprobar el pH…

Utilice una sonda de pH para confirmar que se ha alcanzado el pH correcto para la solución tampón. Ajuste ligeramente según sea necesario, usando ácido fosfórico o hidróxido de sodio (NaOH).

Paso 5. Corregir el volumen

Una vez que se alcanza el pH deseado, llevar el volumen de tampón a 1 litro. Luego diluya el tampón como desee. Este mismo tampón puede diluirse para crear tampones de 0,5 M, 0,1 M, 0,05 M, o cualquier otro valor intermedio.

A continuación se presentan dos ejemplos de cómo se puede calcular una tampón de fosfato, según lo descrito por Clive Dennison, del Departamento de Bioquímica de la Universidad de Natal (Sudáfrica).

Ejemplo No. 1

El requisito es un tampón de Na-Fosfato de 0,1 M, pH 7,6.

En la ecuación de Henderson-Hasselbalch, pH = pKa + log ([sal] / [ácido]), la sal es Na2HPO4 y el ácido es NaHzPO4. Un amortiguador es más efectivo en su pKa, que es el punto donde [sal] = [ácido]. De la ecuación se desprende claramente que si la [sal] > [ácido], el pH será mayor que el pKa, y si la [sal] Por lo tanto, si formamos una solución del ácido NaH2PO4, su pH será menor que el pKa, y por lo tanto también será menor que el pH al que la solución funcionará como tampón. Para hacer un tampón de esta solución, será necesario titularlo con una base, a un pH más cercano al pKa. El NaOH es una base adecuada porque mantiene el sodio como catión:

NaH2PO4 + NaOH–+ Na2HPO4 + H20.

Una vez que la solución se ha titulado con el pH correcto, se puede diluir (al menos en un rango pequeño, de modo que la desviación del comportamiento ideal sea pequeña) hasta el volumen que dará la molaridad deseada. La ecuación de HH establece que la proporción de sal y ácido, en lugar de sus concentraciones absolutas, determina el pH. Obsérvese que:

  • En esta reacción, el único subproducto es el agua.
  • La molaridad de la solución tampón se determina por la masa del ácido, NaH2PO4, que se pesa, y el volumen final al que se compone la solución. (Para este ejemplo se necesitarían 15,60 g del dihidrato por litro de solución final).
  • La concentración del NaOH no es preocupante, por lo que se puede utilizar cualquier concentración arbitraria. Por supuesto, debe ser lo suficientemente concentrado para efectuar el cambio de pH requerido en el volumen disponible.
  • La reacción implica que sólo se requiere un simple cálculo de la molaridad y un solo pesaje: sólo se necesita hacer una solución, y todo el material pesado se utiliza en el tampón, es decir, no hay residuos.

Obsérvese que no es correcto pesar la «sal» (Na2HPO4) en primer lugar, ya que esto da un subproducto no deseado. Si se compone una solución de sal, su pH estará por encima de la pKa, y será necesario hacer una titulación con un ácido para bajar el pH. Si se utiliza HC1, la reacción será:

Na2HPO4 + HC1–+ NaH2PO4 + NaC1,

dando NaC1, de una concentración indeterminada, que no se desea en el tampón. A veces, por ejemplo, en una elución de gradiente de fuerza iónica de intercambio iónico, se requiere un gradiente de, digamos, [NaC1] superpuesto a la solución tampón. Se necesitan entonces dos tampones para las dos cámaras del generador de gradientes: el tampón de inicio (es decir, el tampón de equilibrio, sin NaC1 añadido, o con la concentración inicial de NaC1) y el tampón de acabado, que es el mismo que el tampón de inicio pero que contiene adicionalmente la concentración de acabado de NaC1. En la composición del tampón de acabado, deben tenerse en cuenta los efectos iónicos comunes (debido al ión sodio).

Ejemplo como se señala en la revista Biochemical Education16(4), 1988.

Ejemplo Nº 2

Se requiere una solución tampón de acabado de gradiente de fuerza iónica, tampón de Na-Fosfato 0,1 M, pH 7,6, que contiene 1,0 M de NaCl.

En este caso, el NaC1 se pesa y se compone junto con el NaHEPO4; los efectos iónicos comunes se tienen en cuenta en la valoración, y así se evitan los cálculos complejos. Para 1 litro de tampón, el NaH2PO4.2H20 (15,60 g) y el NaC1 (58,44 g) se disuelven en unos 950 ml de H20 destilado, se titulan a pH 7,6 con una solución de NaOH bastante concentrada (pero de concentración arbitraria) y se componen hasta 1 litro.

Ejemplo como se indica en la revista Biochemical Education16(4), 1988.

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