Respuesta ejercicios amortiguadores

Primer ejercicio

La actividad enzimática máxima de la enzima T es a un pH de 8, qué amortiguador podría usar para esta reacción? Realice los cálculos para obtener 500ml del amortiguador seleccionado a una concentración de 150mmol/l.

Respuesta:

Ya que la actividad máxima de la enzima es a un pH de 8, podían utilizar cualquier sal cuyo acido o base conjugada tuviese un pKa cercano a 8, por ejemplo: el ácido pirofosfórico pKa4 = 8,22; el ácido fosfórico pKa2 = 7,21; ion amonio pKa = 9,25

El cálculo lo podían hacer con cualquiera de ellos, vamos a tomar el ácido pirofosfórico para el ejercicio.

El primer paso es establecer la sal, entonces tomaremos pirofosfato de sodio.

Segundo, escribir la ecuación:

H₄P₂O₇ < ------ > H₃P₂O₇^-1

H₃P₂O₇^-1 < ------ > H₂P₂O₇^-2

H₂P₂O₇^-2 < ------- > HP₂O₇^-3

HP₂O₇^-3 < ----- > P₂O₇^-4 pKa 8,22

Entonces,

150mmol H₄P₂O₇ + 600mmol NaOH ------ > 150mmol Na₄P₂O₇ + 600mmol H₂O

150mmol Na₄P₂O₇ < ----- > 150mmol P₂O₇^-4 + 600mmol Na⁺

Tercero, escribir la ecuación de Henderson-Hasselbalch

pH = pKa + (log[P₂O₇^-4] – log [H₄P₂O₇])

entonces,

8 = 8,22 + log 150mmol/L – log [H₄P₂O₇]

log [H₄P₂O₇] = 8,22 + 2,18 -8

log [H₄P₂O₇] = 2,40

[H₄P₂O₇] = 10^2,40 (antilogaritmo)

[H₄P₂O₇] = 251,2 mmol/L

Cuarto, determinar cuánto tomar de las soluciones madre de H₄P₂O₇ y NaOH

V1 = (V2 * C2 ) / C1

V1 H₄P₂O₇ = (500ml * 251,2mmol/L) / 1500mmol/L

V1 H₄P₂O₇ = 83,73ml

V1 H₄P₂O₇ = (500ml * 150mmol/L) / 1500mmol/L

V1 H₄P₂O₇ = 50ml

Total H₄P₂O₇ = 133,73ml

V1 NaOH = (500ml * 600mmol/L ) / 1500mmol/L

V1 NaOH = 200ml

Finalmente, se plantea cómo se haría el amortiguador:

Se mezclan 200ml de NaOH, 133,73ml de H₄P₂O₇ y se lleva hasta 500ml con agua destilada, confirmar el pH con potenciómetro.

Segundo ejercicio

La actividad enzimática máxima de la enzima R es a un pH de 5, realice una solución amortiguadora de propionato de sodio 200mmol/l pH5 para la reacción enzimática.

Respuesta:

Este ejercicio se resuelve igual al anterior. pKa del ácido propiónico 4,87 (CH₃CH₂COOH).
podían tomar cualquier volumen final, para un litro la cantidad de ácido adicionado es 232ml y de base 133,33ml

Tercer ejercicio

La enzima M fue aislada de hígado de ratón, la actividad máxima de la enzima es a pH 3,5. Realice los cálculos para obtener un amortiguador a ese pH usando ácido láctico. La concentración de la sal debe ser de 50mmol/l en 150ml de solución amortiguadora.

Respuesta:

Este ejercicio se resuelve igual al anterior. pKa del ácido láctico 3,86 (CH₃CHOHCOOH).

Para formar la sal podían usar KOH o NaOH. Cantidad de ácido adicionado 16,48ml, cantidad de base 5ml.

Cuarto Ejercicio

La actividad máxima de la enzima Q es a un pH de 12, realice un amortiguador de fosfato 250mmol/l en 300ml a ese pH.

Respuesta:

Este ejercicio se puede resolver igual al anterior. pKa3 del acido fosfórico 12,3 (H₃PO₄)

H₃PO₄ + KOH -------- > KH₂PO₄

KH₂PO₄ ------ > K₂HPO₄

K₂HPO₄ ----- > K₃PO₄

Entonces globalizando la ecuación:

H₃PO₄ + 3 KOH -------- > K₃PO₄ + 3H₂O

250mmol H₃PO₄ + 750mmol KOH -------- > 250mmol K₃PO₄ + 750 H₂O

250mmol K₃PO₄ ------ > 250mmol PO₄^-3 + 750mmol K⁺

Escribiendo la ecuación de Henderson-Hasselbalch:

12 = 12,3 + log 250 – log [H₃PO₄]

log [H₃PO₄] = 2,7

[H₃PO₄] = 10^2,7

[H₃PO₄] = 501,2 mmol/L

Determinar los volúmenes a tomar de las soluciones madre a 1500mmol,

V1 [H₃PO₄] = (300ml * 501,2 mmol/L) / 1500mmol/L

V1 [H₃PO₄] = 100,24ml

V1 [H₃PO₄] = (300ml * 250 mmol/L) / 1500mmol/L

V1 [H₃PO₄] = 50ml

Volumen total de ácido 150,24ml

V1 KOH = (300ml * 750 mmol/L) / 1500 mmol/L

V1 KOH = 150ml

El amortiguador se hara mezclando 150ml de KOH y 150,24ml de H₃PO₄ para un volumen final de 300,24ml

Nota: La sal K₃PO₄ se forma con 150ml de KOH y 50ml de H₃PO₄ el amortiguador a pH 12 se dará con los 100,24ml de más de ácido.

Quinto ejercicio

Realice los cálculos para obtener un amortiguador de carbonato para la enzima Y cuya máxima actividad enzimática es a un pH de 9,5. Realice 400ml de amortiguador a una concentración de 70mmol/l.

Respuesta:

pKa2 del ácido carbónico 10,25 (H₂CO₃). Cantidad de ácido adicionado 122,41ml. Cantidad de base adicionada 37,33ml.

NOTA GENERAL

Recuerden que los amortiguadores también se pueden hacer con una sal que ya viene comercial y la adición de su correspondiente ácido o base débil. En estos ejercicios, todos fueron resueltos con la adición de un ácido débil y una base fuerte por separado para formar la sal en la solución, y con un exceso de ácido para lograr el amortiguador.