Los ácidos, las bases y el pH.

1) scalas del pH:

El pH es una medida de acidez o alcalinidad de una disolución. El pH indica la concentración de iones hidronio [H₃O⁺] presentes en determinadas sustancias.

La sigla significan potencial de hidrógeno o potencial de hidrogeniones (pondus Hydrogenii opotentia Hydrogenii; del latín pondus, n. = peso; potentia, f. = potencia; hydrogenium, n. = hidrógeno). Este término fue acuñado por el químico danés S. P. L. Sørensen (1868-1939), quien lo definió como el opuesto del logaritmo en base 10 (o el logaritmo del inverso) de la actividad de los iones hidrógeno. 

Desde entonces, el término "pH" se ha utilizado universalmente por lo práctico que resulta para evitar el manejo de cifras largas y complejas. En disoluciones diluidas, en lugar de utilizar la actividad del ion hidrógeno, se le puede aproximar empleando la concentración molar del ion hidrógeno.

Por ejemplo, una concentración de [H₃O⁺] = 1 × 10^–7 M (0,0000001) es simplemente un pH de 7 ya que: pH = –log[10^–7] = 7

La escala de pH típicamente va de 0 a 14 en disolución acuosa, siendo ácidas las disoluciones con pH menores a 7 (el valor del exponente de la concentración es mayor, porque hay más iones en la disolución) y alcalinas las que tienen pH mayores a 7. El pH = 7 indica la neutralidad de la disolución (cuando el disolvente es agua).

En productos de aseo y limpieza se suele hacer uso del término "pH neutro". En este caso la neutralidad hace referencia a un nivel de pH 5,5. Debido a las características de la piel humana, cuyo pH es 5,5, se indica neutralidad de pH en este tipo de productos que están destinados a entrar en contacto con nuestra piel para destacar su no agresividad. Si se aplicaran productos de pH 7 a nuestra piel se produciría una variación del pH cutáneo con posibles consecuencias negativas.

2) Equilibrio natural o ecológico

En un mismo lugar como la Tierra, convivimos diferentes poblaciones de seres vivos, que compartimos recursos, como el agua, la luz y el territorio. Frente a esta realidad, el equilibrio natural o estabilidad de la naturaleza, se refiere a las relaciones entre los seres, con el medio y entre ellos.

Los vegetales que hoy conocemos tienen sus partes principales bien definidas:

Raíz: órgano generalmente subterráneo, que fija el vegetal al suelo. A través de él, incorpora el agua y las sales minerales que hay en el suelo, para la fabricación de su alimento.

Tallo y hojas: se ubican, por lo general, sobre la superficie del suelo. Ambos órganos captan la energía lumínica del Sol y la transforman en energía química, que será ocupada por el vegetal en la fabricación del alimento. Esto ocurre gracias a la presencia de la clorofila, pigmento verde que se encuentra en todos los vegetales.

Ellos son los únicos seres vivos capaces de fabricar su propio alimento, utilizando los elementos del entorno. Por ello, se les denomina organismos autótrofos.

Después de los vegetales, aparecieron los primeros indicios de vida animal primitiva. Estos surgieron en el mar, al igual que los vegetales.

Hoy en día, podemos encontrar una gran variedad de animales, que los científicos han dividido en dos grandes grupos:

Invertebrados: no presentan huesos o vértebras. Son los más abundantes del planeta (95 por ciento). En este grupo encontramos: gusanos, moluscos, artrópodos (insectos, arácnidos, crustáceos) y equinodermos.

Vertebrados o cordados presentan un cordón nervioso y un esqueleto interno, formado de huesos o cartílagos. Los científicos han dividido a este grupo en: peces, anfibios, reptiles, aves y mamíferos. La gran mayoría de ellos se reproducen por huevos (ovíparos), es decir, se desarrollan fuera del vientre materno. Los mamíferos son los únicos que se reproducen por cría viva (vivíparo), lo que quiere decir que sus crías se desarrollan dentro del vientre de la hembra.

Los animales no pueden fabricar su propio alimento y se les conoce como organismos heterótrofos. Deben buscar sus nutrientes, y según esto podemos clasificarlos en tres grupos: herbívoros (se alimentan solo de vegetales), carnívoros (se alimentan de otros animales) y los omnívoros (se alimentan tanto de vegetales como de otros animales).

Animales y vegetales obtienen de la naturaleza los elementos básicos para vivir. Los vegetales utilizan el agua del suelo, que ha llegado hasta allí mediante el riego o las lluvias. El agua es absorbida por las plantas mediante la raíz, al igual que las sales minerales.

Los vegetales también necesitan aire, del que aprovechan el gas carbónico (CO₂), que ocupan en la fabricación de su alimento; y el oxígeno (O₂), básico para la respiración.

Asimismo, a través de sus partes verdes (tallos y hojas) captan la energía luminosa que proviene del Sol, la cual les sirve para producir su alimento.

Los animales beben el agua de los ríos, lagos, riachuelos, rocíos, pozos, etcétera. Del aire, obtienen oxígeno; y del Sol, luz y calor, que les permiten realizar todas las actividades diarias. Por último, los alimentos que consumen les brindan energía.

El oxígeno que los seres humanos ocupamos en la respiración, proviene de los vegetales. A su vez, nosotros entregamos gas carbónico a los vegetales, que ellos utilizan en la fabricación de su alimento.

La vida en el planeta se renueva día a día, los nacimientos y las muertes están en equilibrio con la naturaleza (excepto en la especie humana). Cada ser vivo debe cumplir un ciclo: nacer, desarrollarse, reproducirse y morir. Esto ocurre y ocurrirá por siempre.

En el interior de la semilla se encuentra el embrión de una planta y ésta llegará a germinar (crecer) si se dan las condiciones de: suelo húmedo, luminosidad y cuidados. Esta semilla puede encontrarse en el interior de un fruto carnoso (manzana, naranja o ciruela) o en un fruto seco (almendras, nueces o maní). También, existen plantas que no dan semillas, y se reproducen por esporas, como los helechos. Éstos se esparcen por el aire, gracias a la acción del viento o caen directamente al suelo.

En los animales no mamíferos, el nuevo ser se encuentra en el interior de un huevo y éste se desarrolla fuera del cuerpo de la hembra.

En los mamíferos, como nosotros, el desarrollo del embrión se realiza en el interior del cuerpo de la hembra y es ahí donde termina de completar su primera etapa de vida. Una vez salido del vientre materno, el nuevo ser necesita de los cuidados de su madre, quien lo amamanta con su leche y lo cuida hasta que adquiere su independencia.

Nuestro planeta es rico en vida animal y vegetal, y nosotros formamos parte de él. Por eso, debemos cuidarlo y protegerlo, ya que si lo dañamos nos perjudicamos también a nosotros mismos.

En la Tierra, nos relacionamos tanto con aquellos elementos vivos como con otros no vivos. Estos son: aire, agua, tierra, minerales, energía lumínica (Sol), etcétera.

En nuestro mundo, podemos encontrar numerosos ecosistemas de gran tamaño, por ejemplo:

-Selva, desierto, pradera, sabana, etcétera.

-Río,lago, laguna, pantano, charca, etcétera.

-Asimismo, existen otros más pequeños y hasta microscópicos, como:

El tronco y el cuerpo de animales muertos, que sirven de vivienda para muchos animales y vegetales como: hormigas, baratas, arañas, gusanos, helechos, pasto, musgos, etcétera.

Una gota de agua estancada (sin movimiento).

Además, hay ecosistemas creados por el hombre. Entre ellos podemos nombrar al acuario y al terrario

3) Teoría ácido- base duro- blando:

La teoría ácido-base duro-blando, también conocida como teoría ABDB, concepto ácido-base de Pearson, teoría HSAB (por sus siglas en inglés) es un modelo ampliamente utilizado en química para explicar la estabilidad de los compuestos y mecanismos de reacción. Esta teoría asigna los términos 'duro' o 'blando', y 'ácido' o ''base' a lasespecies químicas. Se aplica el término 'duro' a aquellas especies que son pequeñas, tienen estado de oxidación o carga alta (el criterio de carga se aplica principalmente a los ácidos, aunque también en menor grado a las bases), y son débilmente polarizables. Se aplica el término 'blando' a aquellas especies que son grandes, tienen estado de oxidación o carga pequeña, y son fuertemente polarizables.

Esta teoría es usada en contextos donde una descripción cualitativa, más que cuantitativa, ayudaría a entender los factores predominantes que controlan las propiedades químicas y reacciones. Esto es especialmente así en la química de metales de transición, donde se han hecho numerosos experimentos para determinar el ordenamiento relativo de losligandos y los metales de transición, en términos de su dureza y blandura.

La teoría ABDB es también muy útil en predecir los productos de las reacciones de metátesis. Recientemente se ha visto que incluso la sensibilidad y desempeño de losmateriales explosivos puede ser explicada a partir de la teoría ABDB.

Ralph Pearson introdujo el concepto ABDB a principios de la década de 1960 en un intento de unificar la química de las reacciones inorgánica y orgánica. 

4) Indicadores de ácidos y bases. 

Desde tiempos muy antiguos, se conocen distintas sustancias de origen orgánico que tienen la propiedad de cambiar su color, dependiendo de las características ácidas o básicas de las sustancias a las que son añadidas. En la actualidad, estas sustancias, y muchas otras, que se han introducido en el uso habitual de los laboratorios químicos, se utilizan con la finalidad de determinar el valor del pH de las disoluciones, así como también, el punto final de las valoraciones ácido –base. Dichas sustancias reciben el nombre de indicadores ácido-base.

Así podemos definir a un indicador ácido-base como, una sustancia que puede ser de carácter ácido o básico débil, que posee la propiedad de presentar coloraciones diferentes dependiendo del pH de la disolución en la que dicha sustancia se encuentre diluida.

5) Sistema regulador del pH.

REGULACION DEL pH DEL ORGANISMO

Todos los procesos fisiológicos que tienen lugar en nuestro organismo, incluyendo la contractilidad muscular, las reacciones metabólicas, la conformación de las proteínas y el funcionamiento del SNC, entre otros, están profundamente influidos por el pH de nuestro medio interno. Por esta razón las variaciones del equilibrio ácido-base (que determinan el pH) deben estar finamente reguladas. El mantenimiento del pH dentro de límites estrechos, es de vital importancia para los seres vivos. Desarrollaremos a continuación conceptos bioquímicos que nos permitan comprender el concepto de pH y los diferentes sistemas del organismo que se encargan de regularlo.

Regulación del pH

Existen tres sistemas de regulación de pH o del Equilibrio Ácido-Base

1) Sistemas Buffer de los Líquidos Corporales.

2) Riñón, excretando excedentes por orina.

3) El sistema respiratorio.

SISTEMAS BUFFER DE LOS LÍQUIDOS CORPORALES

Los denominados sistemas tampón o buffer representan la primera línea de defensa que posee nuestro organismo ante los cambios desfavorables en el pH. Esto se debe a su capacidad de aceptar o ceder protones de manera tal de compensar los desequilibrios de nuestro medio interno, manteniendo los valores de pH dentro de un rango estricto.

Las soluciones buffer están constituidas por un ácido débil y su base conjugada. Ahora bien, que es un ácido débil? Si AH es un ácido débil significa que la unión AH no es vencida fácilmente por la interacción de las especies químicas A- y H+ con el agua. Por lo tanto AH se disociará parcialmente. En este caso A- es la base conjugada del ácido AH ya que posee la capacidad de aceptar protones para convertirse en AH.

En este punto debemos preguntarnos cuales son las características que hacen que un buffer sea útil. En este sentido encontramos dos elementos. En principio debemos recordar que el pKa representa el valor de pH en el que un sistema buffer puede alcanzar su máxima capacidad amortiguadora. Cada sistema buffer tendrá un valor de pKa característico. Puesto que lo que pretendemos es mantener un pH alrededor de 7,40 serán buenos amortiguadores aquellos sistemas cuyo pKa esté próximo a dicho valor. En segundo lugar debemos considerar que la concentración de las soluciones buffer debe ser elevada, de lo contrario su capacidad sería agotada muy rápidamente.

REGULACIÓN RENAL DEL PH

El sistema renal tiene una participación clave en la homeostasis del pH ya que por medio de tres mecanismos regula la concentración de HCO3-.

Regula el HCO3- recuperado o reabsorbido del filtrado glomerular. El bicarbonato es filtrado continuamente hacia la luz del túbulo renal de modo que en el filtrado glomerular intacto la concentración de bicarbonato es prácticamente igual a la del plasma, de ahí la importancia del proceso de reabsorción del mismo. A la concentración fisiológica de bicarbonato plasmático (24 mEq/l), prácticamente todo el bicarbonato filtrado va a ser reabsorbido. Este proceso tiene lugar fundamentalmente en el túbulo contorneado proximal (TCP) donde se reabsorbe un 85%. El resto es reabsorbido en el asa de Henle (10-15%) y en el túbulo contorneado distal (TCD) y colector. Genera HCO3- nuevo que reemplaza al que se pierde amortiguando ácidos producidos por el organismo.

Si a pesar del proceso de reabsorción la concentración de bicarbonato plasmático permanece por debajo del valor normal, en las células tubulares se va a sintetizar bicarbonato. Esto sucede fundamentalmente en el túbulo contorneado distal a partir del CO2 procedente de la sangre o del propio metabolismo de la célula tubular por acción de la anhidrasa carbónica. El H2CO3 así generado se disocia en bicarbonato que se reabsorbe hacia la sangre y un protón que es eliminado.

Secreta HCO3- en condiciones de alcalosis crónica. El sistema renal es lento en su ejecución como sistema amortiguador, requiriendo entre 10 y 20 horas para iniciar una actuación eficaz y 4-5 días para desarrollarse por completo. Es por eso que su accionar es muy eficaz en condiciones de desequilibrio crónico.

REGULACIÓN RESPIRATORIA DEL PH

Nuestro sistema respiratorio se encarga de regular la presión parcial de dióxido de carbono (PCO2) arterial. El CO2 es barrido en los pulmones por la ventilación. La presión parcial de dióxido de carbono es proporcional a su concentración. Nuestros pulmones regulan indirectamente la concentración de ácido del organismo. Al ser la PCO2 de la sangre mayor que la alveolar, en condiciones normales se va a producir una difusión neta de CO2 hacia el interior del alveolo desde donde será eliminado.

La respuesta ventilatoria ante los cambios de pH es una respuesta rápida y está mediada por los quimiorreceptores de los cuerpos carotídeos y aórticos y del centro respiratorio bulbar. Dichos receptores son sensibles a los cambios de la concentración de protones del líquido extracelular y a los cambios en la PCO2, de manera que ante un descenso del pH (o el ascenso de la PCO2), el aumento en la concentración de H+ estimula a los quimiorreceptores provocando una hiperventilación, aumentando de este modo la eliminación de CO2, y disminuyendo por tanto la PCO2 arterial. Por el contrario, si el pH se eleva el descenso de la concentración de protones inhibe los quimiorreceptores provocando un descenso rápido de la ventilación, una reducción de la eliminación de CO2, y por tanto una elevación de la P CO2 arterial.

La capacidad del sistema respiratorio como sistema buffer es 1 a 2 veces mayor que el del resto de los sistemas. La duplicación de la tasa ventilatoria (hiperventilación) implica un ascenso del pH en 0,25 unidades. Una disminución a la mitad de la tasa ventilatoria (hipoventilación) implica in descenso de 0,25 unidades de pH.

6) Titulación de soluciones:

Es una técnica analítica cuantitativa muy antigua, empleada durante décadas por los analistas químicos, pero que aún tiene vigencia dada su utilidad para determinar la concentración de soluciones y una de sus aplicaciones más importantes es el seguimiento del proceso de neutralización entre ácidos y bases. En la manera usual de experimentación se registra el pH resultante después de agregar volúmenes crecientes de titulante a volumen constante del titulado y con los resultados se construyen gráficas típicas denominadas curvas de titulación, de mucho interés en química, donde se registra pH contra volumen agregado de base y, más aún, se aplican técnicas de titulación con pH estático en procesos dinámicos. También, en los laboratorios de análisis químico, es frecuente emplearla para cuantificar iones metálicos con indicadores específicos y titulantes preparados de concentración exacta, cuyos procedimientos están estandarizados y no se tienen dudas de su selectividad, precisión y exactitud. 
La titulación implica la adición de una solución, denominada titulante, desde una bureta hasta un recipiente que contiene la muestra, denominada analito. Un diagrama del pH de la solución analito como función del volumen del titulante añadido durante una titulación   

7) Ácidos políticos: 

Los ácidos polipróticos (ácidos poliácidos o ácidos poliprotónicos) son ácidos que tienen más de un hidrógeno ionizable. Estos ácidos disocian en más de una etapa y cada etapa presenta su propia constante de equilibrio.

Los ácidos polipróticos no ceden de una vez y con la misma facilidad todos los protones, sino que lo hacen de forma escalonada, y cada vez con mayor dificultad. Las correspondientes constantes de disociación, disminuyen mucho (aproximadamente un factor de 10^-5) para cada una de las sucesivas ionizaciones.

¿en que valores se establece una tabla de ph en disolucion acuosa?

¿que ecosistemas podemos encontrar en nuestro planeta?

¿atraves de que se regula el HCO3 en el pH? 

Elaborado por:

Daniel Capoccioni

Javier Martinez

Vicente Montilva 

Jesus Bonilla