Soluciones y pH

1. Soluciones y pH JA Cardé, PhD UPR Aguadilla Laboratorio 2

2. Objetivos • Luego de haber completado el ejercicio, el (la) estudiante estará capacitado para: • Comentar sobre función de importancia de los amortiguadores en los procesos celulares. • Preparar soluciones amortiguadoras utilizadas en experimentos de biología celular y molecular. • Ajustar el pH de soluciones de dos maneras.   • Manejar correctamente un potenciómetro.  

3. Introducción • Muchas reacciones químicas y biológicas se llevan acabo en agua. • En muchas ocasiones el agua funciona como reactivo o como producto en las reacciones • El agua es una molécula polar que posee una asimetría eléctrica. • Entre moléculas de agua existe una atracción electroestática (conocida como enlaces de hidrógeno)

4. Las soluciones de agua no son estáticas. • Constantemente forman y rompen enlaces de hidrógeno. • La disociación del agua es una reacción de equilibrio. • H2O  H+ + OH- • H2O + H2O H3O + OH- • La reacción de disociación de agua es reversible • Un cambio en la concentración puede afectar el ambiente celular Figura 1. Enlaces de hidrógeno entre moléculas de agua

5. pH • En agua pura la [H+] = [OH-] • Las soluciones acuosas en sistemas vivos no son puras PLT la [H+] y la [OH-] no están en equilibrio. • La disociación de ácidos y sales, entre otros factores, afectan las [ ]s de H+ y OH-. • Para expresar la [H+] en solución se utiliza una escala logarítmica llamada pH.  pOH? • El pH = - log [H+], en agua pura la [H+]= 10 -7 moles. 

6. pH… • solución neutral; pH=7 • pH varia por múltiplos de 10 • Cada unidad de pH representa 10 veces más o menos en la concentración de H+, • PLT un cambio drástico de pH será perjudicial para las reacciones químicas o biológicas. • El pH de 3 no es 2 veces menor que un pH de 5, sino 103 (1,000x) veces menor.

7. Acidos vs Bases • ácidos: soluciones que al disolverse en agua se ionizan y PLT aumentan la [H+]en la solución, pH < 7 • HCL H+ + Cl-. • bases: soluciones que al disolverse en agua reducen la [H+], pH >7 • dos maneras: • 1) Indirectamente – al disociarse la base, los OH- se unen a los H+ para formar moléculas de H2O. Ej: hidróxido de sodio, NaOH Na+ y OH- • 2)Directamente – las bases aceptan H+, y reducen la [H+]. Ejemplo de esto es amonia, NH3 + H+  NH4.

8. Amortiguadores • Las funciones vitales de la célula son muy sensitivas a cambios en pH. • Muchos de los fluidos corporales humanos se encuentran entre un pH de 6 a 8. • Existen varias excepciones • digestivos: pH de 2. • sangre: pH de 7.4. • Un aumento (e.j. 7.8) o disminución (e.j. 7.0) provocará la muerte del individuo. • Las células y poseen soluciones llamadas amortiguadores (“buffers”) celulares que evitan cambios drásticos en pH.

9. Amortiguadores… • Los amortiguadores minimizan cambios en la concentración de H+ y OH+. • Aceptan H+ en solución cuando estos se encuentran en exceso o donan H+ cuando están en baja concentración.   • Sistema de HCO3-  H2CO3. • Los amortiguadores son soluciones muy utilizadas en las investigaciones realizadas a nivel celular y molecular pormantienen pH óptimos en las reacciones enzimáticas, en las extracciones de ácidos nucléicos y en las electroforesis . • Estos se utilizan en cualquier actividad en el que el material biológico deba mantener su actividad y estructura original (nativa).

10. El Mol:6X1023 Molar: 1mol en un litro mM:mg/l uM: ug/l nM: Molaridad • La preparación correcta de un amortiguador va a depender de realizar los cálculos correctamente: • X cantidad de gramos = peso molecular (molaridad deseada/molaridad conocida) • Ejemplos 1: Prepare 1 litro (1000 ml) de 1 molar NaCL  • 1 molar es igual al peso de un mol de la sustancia. Como el peso molecular de •  NaCL es 58.43 g/L, PLT se necesitan 58.43 g en 1 litro de agua.  

11. Soluciones Molares • Ejemplo 2: Prepare 1 litro de 1 M NaCL •                     58.43 g/L (1 M)  = 58.43 g/L  • Disolver 58.43 g de NaCl con agua hasta 1 L   • Prepare 1 litro 5M NaCl 58.43 g/L (5 M)  = 292.15 g/L  • Disolver 292.15 g de NaCL agua hasta 1 L • Prepare 0.5L de 1M NaCl • Prepare 0.250 L de 0.5M NaCl

12. Soluciones: % por volumen • Soluciones basadas en un volumen total de 100 ml. Se preparan mezclanco el peso en gramos con el volumen de agua en mililitros.    • Tres maneras la concentración en forma de por cientos:   • 1) Por ciento del peso por volumen.Gramos de soluto en 100 ml de solvente. • Ejemplo: 20 % NaCL. Disuelva 20 g de NaCL en 80 ml de agua.   •        Lleve el volumen final a 100 ml. 

13. % por volumen • 2) Por ciento por volumen. mL de soluto por 100 ml de solución. Esto aplica cuando se  diluye de una solución concentrada. • Ejemplo: Preparar 100ml de una solución 1% de SDS a partir de un stock de SDS 10%. Añada 10 ml de 10% de SDS en 90 ml de agua.   • 3) Por ciento por peso. Gramos de soluto por 100 g de solvente.    • Ejemplo: 10 % de solución de sucrosa. Pese 10 g de sucrosa y añada 90 ml de agua.  Teóricamente, 1 ml de agua es igual a 1 g. Puede pesar a la vez que añade los 90 ml de agua.

14. Amortiguadores • En muchos laboratorios son preparados en soluciones concentradas y para utilizarlos deben ser diluidos.   • Ejemplo: Necesita 100 ml de 1 M de NaCL y la solución concentrada de NaCL se encuentra en 5 M. • La fórmula correcta es Volumen inicial x Concentración inicial = Volumen  final x Concentración final (VICI = VFCF).    •       (VI)(5M)= (100 ml)(1M) = VI = 20 ml  • Se deben añadir 20 ml de 5 M NaCL en 80 ml de agua para obtener un volumen final de 100ml NaCL 1M

15. Potenciómetro • Instrumento utilizado para medir el pH de las soluciones. • Entre las reglas que debe cumplir al utilizar el mismo se encuentran:   1) Mantenga el electrodo en solución todo el tiempo.  2) Calibre el electrodo con una solución ácida (pH = 4) y una solución básica (pH = 10).   3) Antes de medir el pH de la solución lave el electrodo con agua destilada.   4) No golpee el electrodo contra la pared del envase donde este preparando la solución.  5) Para ajustar el pH debe añadir base o ácido según sea el caso. Antes de medir el pH debe agitar la solución para que mezcle homogéneamente.   6) Espere que la medida en el pH se estabilice para poder anotar la misma.

16. Materiales Lab 2 • Papel de pesar  • Pastillas magnéticas • Pipetas desechables  • Pipetas Pasteur  • Plato agitador  • Potenciómetro  • Propipetas  • Tris  • Tris-HCL  • Tubos falcon  • Vasos pequeños (“becker”) • Acetato de sodio  • Acetato de amonio  • Agua destilada  • Balanza  • Bulbo  • EDTA  • Espátula  • 1M HCL  • NaCL  • 1M NaOH • Papel litmus  • Goteros

17. Soluciones para Preparar •  3M Acetato de Sodio, pH 4.8  •  10 mM Tris-HCL, pH 8.0  •  0.1 mM EDTA, pH 8.0   •  4 M Acetato de Amonio ph4  •  .5 M NaCL  •  0.5 M EDTA, pH 8.0  •  1.0 M Tris, pH 8.0 

18. Protocolo • A cada grupo se le asignará la preparación de 10 ml de una de las soluciones.   • Realice los cálculos necesarios para la preparación de la solución.    • Utilizando papel para pesar, pese el soluto correspondiente. • Coloque el agua destilada en un vaso (“beaker”) pequeño y disuelva el soluto en la misma. • Añada una pastilla magnética al vaso (“beaker”) y coloque el mismo sobre un plato agitador. Agite lentamente.  5) Espere que la solución se disuelva completamente. Utilizando el potenciómetro estime el pH de la solución.     6)  De ser necesario ajustar el pH, añada 1 gota de HCL o NaOH según sea el caso. Agite la solución y estime de nuevo el pH. Esto lo repite las veces que sea necesario hasta ajustar el pH.   7) Cuando termine de ajustar el pH coloque la solución en un tubo “Falcon”. Rotule el tubo con el nombre de la solución, molaridad, pH y fecha.

19. Preguntas • Que es Molaridad? • Que es %? • Que es polaridad? • Compara ácido con base. Describe toda las relaciones posibles con amortiguadores. • Como el sistema de amortiguador H2CO3/NaHCO3 neutraliza una base fuerte como NaOH? Ilustre reacciones. • Como usted prepara un litro de una solución de 1mM de glucosa? • Sulfato de morfina viene en un envase de 10mg/ml, usted quiere administrar 4 mg para dolor, Cuantos cc usted necesitará? • En un carro de emergencias, usted encuentra una solución de bicarbonato de sodio (NaHCO3), 44.6 mEq/50ml. Como médico usted quiere administrarla via aerosol en 5 cc y al 3.25%. Cuantos mililitros de la solucion de bicarbonato necesitará. Como la prepara a un pH de 7.4?