Cómo funcionan los tampones
Como has visto al calcular el pH de las soluciones, sólo es necesaria una pequeña cantidad de un ácido fuerte para alterar drásticamente el pH. Sin embargo, para ciertos experimentos, es deseable mantener un pH bastante constante mientras se añaden ácidos o bases a la solución, ya sea por reacción o por el experimentador. Los químicos utilizan habitualmente los tampones para moderar el pH de una reacción. Los químicos utilizan los tampones de forma rutinaria para moderar el pH de una reacción. La biología encuentra múltiples usos para los tampones, que van desde el control del pH de la sangre hasta asegurar que la orina no alcance niveles dolorosamente ácidos.
Un tampón es simplemente una mezcla de un ácido débil y su base conjugada o una base débil y su ácido conjugado. Los tampones funcionan reaccionando con cualquier ácido o base añadida para controlar el pH. Por ejemplo, consideremos la acción de un tampón compuesto por la base débil amoníaco, NH3, y su ácido conjugado, NH4+. Cuando se añade HCl a ese tampón, el NH3 «absorbe» el protón del ácido para convertirse en NH4+. Cuando se añade NaOH al mismo tampón, el ion amonio dona un protón a la base para convertirse en amoníaco y agua. En este caso, el tampón también sirve para neutralizar la base.
Como muestra el ejemplo anterior, un tampón funciona sustituyendo un ácido o una base fuerte por uno débil. El protón del ácido fuerte se sustituye por el ion amonio, un ácido débil. La base fuerte OH- se sustituye por la base débil amoníaco. Estas sustituciones de ácidos y bases fuertes por otros más débiles dan a los tampones su extraordinaria capacidad para moderar el pH.
Calcular el pH de las soluciones tamponadas
Los tampones deben elegirse para el rango de pH apropiado que deben controlar. El rango de pH de una solución tamponada viene dado por la ecuación de Henderson-Hasselbalch. Para la derivación, imaginaremos un tampón compuesto por un ácido, HA, y su base conjugada, A-. Sabemos que la constante de disociación del ácido pKa viene dada por esta expresión:
La ecuación puede reordenarse de la siguiente manera:
Tomando el logaritmo de esta expresión y reordenando los términos para que cada uno sea positivo se obtiene la ecuación deHenderson-Hasselbalch:
iv