Rango del amortiguador

Las soluciones amortiguadoras consisten en  una cantidad significativa de un ácido débil,   que representaremos como HA y la base conjugada  del ácido débil, que representaremos como A-. Las soluciones amortiguadoras impiden que  se produzcan grandes cambios en el pH.  Sin embargo, solo son efectivas dentro  de un cierto rango de valores de pH. Vamos a usar la ecuación de  Henderson - Hasselbalch para   saber cuál es el rango efectivo de  pH para una solución amortiguadora.  Al observar la ecuación de Henderson  - Hasselbalch, vemos que el pH de la   solución amortiguadora es igual al pKa  del ácido débil, que sería HA, más el   logaritmo de la concentración de la base conjugada  dividida entre la concentración del ácido débil. Y es esta relación entre la concentración  de la base conjugada y la concentración   del ácido débil la que determina si una  solución amortiguadora es efectiva o no. Las soluciones amortiguadoras son más efectivas  para impedir un cambio de pH en cualquier   dirección cuando la concentración del ácido débil  es igual a la concentración de la base conjugada. Y cuando las concentraciones son iguales entre sí,   el cociente es igual a uno, y el  logaritmo de uno es igual a cero. Por lo tanto, cuando las  concentraciones son iguales entre sí,   el pH de la solución amortiguadora es  igual al pKa del ácido débil más cero. Así que podríamos decir que  el pH es igual al pKa cuando   la concentración del ácido débil es igual  a la concentración de la base conjugada. De modo que generalmente tratamos de elegir  una solución amortiguadora con un ácido débil   que tenga un valor de pKa cercano al pH  deseado de la solución. Por lo tanto,   las soluciones amortiguadoras son efectivas  para impedir grandes cambios en el pH,   cuando el pH es aproximadamente  igual al pKa del ácido débil. Sin embargo, si la concentración  de un componente de la solución   amortiguadora es más de 10 veces la  concentración del otro componente,   la solución amortiguadora no será efectiva  para impedir grandes cambios en el pH. Por lo tanto, para encontrar el rango  efectivo de pH, vamos a usar la ecuación   de Henderson-Hasselbalch para calcular  el pH cuando la concentración de la base   conjugada es 10 veces la concentración del  ácido débil, y también para calcular el pH   cuando la concentración del ácido débil es 10  veces la concentración de la base conjugada. Al hacer estos dos cálculos obtenemos los límites  superior e inferior del rango efectivo de pH. Así que calculemos el pH de la solución  amortiguadora cuando la concentración   de la base conjugada es 10 veces  la concentración del ácido débil. Al observar la ecuación de  Henderson - Hasselbalch, vemos que,   si la concentración de la base conjugada es  10 veces la concentración del ácido débil,   la razón es 10 sobre uno, y el logaritmo  de 10 es igual a uno. Por lo tanto,   el pH de la solución amortiguadora es  igual al valor pKa del ácido débil más uno.  Este valor para el pH representa el  límite superior del rango efectivo de pH. A continuación, calculemos el pH de  la solución amortiguadora cuando la   concentración de ácido débil es 10 veces  la concentración de la base conjugada. Al observar la ecuación de  Henderson - Hasselbalch,   vemos que, si la concentración de HA  es 10 veces la concentración de A-,   la razón es uno sobre 10, y el logaritmo  de uno sobre 10 es igual a menos uno.  Por lo tanto, el pH de la solución amortiguadora  es igual al valor pKa del ácido débil menos uno. Este valor para el pH representa el  límite inferior del rango efectivo de pH. Según los cálculos que acabamos de hacer,  el rango efectivo de pH de una solución   amortiguadora es igual al valor pKa  del ácido débil más uno o menos uno. Usemos este concepto de un rango efectivo de  pH para elegir una solución amortiguadora. Digamos que queremos amortiguar una solución  a un pH de 9.00 a 25 grados Celsius.  Y supongamos que tenemos dos opciones:  podríamos elegir una solución amortiguadora   de ácido acético - acetato o podríamos elegir  una solución amortiguadora de amonio-amoníaco. Como el rango efectivo de pH de una solución  amortiguadora es el valor de pKa del ácido   débil más uno o menos uno, no queremos  elegir la solución amortiguadora de ácido   acético-acetato porque a 25 grados Celsius,  el valor de pKa para el ácido acético es 4.74. Por lo tanto, esta solución amortiguadora solo  sería efectiva en un rango de 4.74 más uno o   menos uno, es decir, alrededor  de 3.74 a aproximadamente 5.74. El catión amonio tiene un valor de  pKa igual a 9.25 a 25 grados Celsius.  Por lo tanto, la solución amortiguadora  de amonio-amoníaco es efectiva en este   valor de pKa más uno o menos uno, es  decir, aproximadamente de 8.25 a 10.25. Dado que nuestro pH de 9 cae  dentro de ese rango, elegimos   la solución amortiguadora de amonio-amoníaco.