¿Qué es un agente de amortiguación?

En química ácido-base, un agente tamponador es una sustancia que se puede usar para mantener una solución a un pH constante, o nivel de acidez-alcalinidad. Los ácidos en solución acuosa proporcionan iones hidronio (H ₃ O ⁺ ), mientras que los álcalis proporcionan iones hidróxido (OH ^- ). El pH de la solución es una medida de las concentraciones relativas de estos iones. Una solución que contiene un agente tamponador puede, hasta cierto punto, absorber los iones adicionales de hidronio o hidróxido que se introducen cuando se agrega un ácido o una base sin alterar la relación H ₃ O ⁺ / OH ^- , y por lo tanto no hay cambio en el pH . Los tampones naturales se encuentran en los sistemas biológicos y los agentes tamponadores tienen muchos usos en la química y la industria.

Cuando un ácido se disuelve en agua, se ionizará, en mayor o menor medida, en iones H + y aniones con carga negativa. Los iones H ⁺ se combinan con agua para formar iones hidronio (H ₃ O ⁺ ) y el anión negativo se conoce como la base conjugada. El ácido clorhídrico acuoso, por ejemplo, forma iones hidronio y la base conjugada es el ion cloruro: HCl + H ₂ O → H ₃ O ⁺ + Cl ^- . La base conjugada puede reaccionar con los iones hidronio para volver a formar el ácido, pero en este caso, el ión cloruro es una base débil, por lo que el ácido clorhídrico en el agua se compone casi por completo de iones hidroxonio e iones cloruro, lo que lo convierte en un ácido fuerte. Sin embargo, en un ácido débil, la reacción inversa es significativa porque la base conjugada es más fuerte y, por lo tanto, la concentración de iones hidronio es menor.

Una mezcla que contiene una sal de un ácido débil junto con el ácido del que se deriva a menudo se puede usar como un agente tamponador ácido; la sal asegura un suministro abundante de la base conjugada del ácido. Los ácidos fuertes y sus sales no son útiles como agentes tamponantes, ya que un agente tamponador ácido necesita grandes cantidades de ácido para estar presente en forma no ionizada y porque el pH, en cualquier caso, generalmente debe mantenerse a un nivel casi neutro o solo valor moderadamente ácido o alcalino. De manera similar, un agente tamponador alcalino generalmente involucra una sal de un álcali débil junto con el álcali mismo.

Un ejemplo simple de una solución amortiguadora ácida es una solución acuosa de ácido acético y acetato de sodio. El ácido acético es un ácido débil, por lo que la mayor parte no se ionizará. Al agregar un ácido, los iones de hidronio adicionales reaccionarán con los iones de acetato del acetato de sodio, formando más ácido acético, que permanecerá principalmente no ionizado y, por lo tanto, no tendrá mucho efecto sobre el pH. Cuando se agrega un álcali, los iones de hidróxido adicionales (OH ^- ) reaccionarán con el ácido acético para formar iones acetato y agua, y con la menor cantidad de iones hidronio para formar más agua, nuevamente con poco efecto sobre el pH.

Los organismos vivos emplean agentes tamponantes en una serie de roles. Por ejemplo, el pH de la sangre debe mantenerse cerca de 7,4, ligeramente en el lado alcalino del neutro. Dado que una gran variedad de productos químicos de acidez y alcalinidad variables pueden ingresar al torrente sanguíneo desde los alimentos que se ingieren, es necesario un agente tamponador para garantizar que se mantenga este valor. Esto se logra mediante una combinación de iones de ácido carbónico (H ₂ CO ₃ ) e hidrogenocarbonato (HCO ₃ ^- ).

Los agentes amortiguadores se usan ampliamente en la industria y en muchos productos comunes. Se usan en detergentes, en alimentos y en la elaboración de cerveza para garantizar que el pH se mantenga dentro del rango requerido por las levaduras responsables de la fermentación. El champú funciona mejor cuando es ligeramente ácido y generalmente contendrá un agente tamponador para evitar la pérdida de acidez durante el uso. Los tampones también se usan mucho en biología y bioquímica. Los amortiguadores de Good, desarrollados en la década de 1960 por NE Good, son un grupo de agentes amortiguadores diseñados cuidadosamente para no interferir con las reacciones biológicas.