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Química
del agua (IV)
Las Soluciones Buffer
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Esta página incluye los siguientes temas:
¿Cómo funciona un Buffer?
¿Qué sustancias son Buffer?
¿Cómo reaccionan estas sustancias? - Fórmula de un Buffer
- ¿Qué es el pH?
Cómo
funciona un "Buffer"?.
En lo que podemos denominar "química del acuario" buffer
es una o varias sustancias químicas que
afectan la concentración de los iones
de hidrógeno (o hidrogeniones) en el agua. Siendo que pH no significa
otra cosa que potencial de hidrogeniones (o peso de hidrógeno), un "buffer" (o
"amortiguador") lo que hace es regular el pH.
Cuando un "buffer" es adicionado al agua, el primer cambio que se
produce es que el pH del agua se vuelve constante.
De esta manera, ácidos o bases (álcalis = bases) adicionales no podrán tener
efecto alguno sobre el agua, ya que esta siempre se estabilizará de inmediato.
¿Qué
clase de sustancias químicas son "Buffer"?.
En
general, los buffer consisten en sales hidrolíticamente activas que se
disuelven en el agua. Los iones de estas sales se combinan con ácidos y álcalis.
Estas sales hidrolíticamente activas son los productos que resultan de la
reacción entre los ácidos débiles y los álcalis fuertes como el carbonato de
calcio (a partir del ácido carbónico e hidróxido de calcio) o entre ácidos
fuertes y álcalis débiles como el cloruro de amonio [a partir del ácido clorhídrico
e hidróxido de amonio]).
¿Cómo
reaccionan estas sales?
Cuando un ácido débil o base débil se combina con su correspondiente sal
hidrolítica en una solución de agua, se forma un sistema amortiguador
denominado "buffer".
No siempre un sistema buffer es apropiado para un acuario porque los iones de
algunas sales hidrolíticas pueden dañar a los peces y/o plantas acuáticas.
Por otra parte, cada sistema buffer tiene su propio rango efectivo de pH,
algunos de los cuales no son adecuados para acuarios.
Un sistema buffer natural se forma en la mayoría de los acuarios por la
interacción del dióxido de carbono
CO2
producido por el metabolismo normal de los peces, con el carbonato de calcio
(CaCO3)
presente en la
mayoría de las aguas de acuarios. En estos casos la primera reacción química
que se produce es la de generar un sistema buffer, tal como vemos seguidamente:
CO2
+ H2O
4 H2CO3
_____Dióxido de carbono_________agua ______ Ácido
Carbónico_____
H2CO3
→
2H+
+
CO3
└
Sin disociarse
(insoluble) Disociado (soluble) ┘
→
ÁCIDO CARBÓNICO→
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El
ácido carbónico es un ácido débil. Por lo tanto, el balance de la
disociación es desplazado fuertemente en el lado izquierdo de la ecuación;
sólo una de algunas moléculas están disueltas o disociadas.
La reacción entre el ácido carbónico (H2CO3)
y el casi insoluble carbonato de calcio (CaCO3) da lugar a la formación de
productos relativamente solubles como el bicarbonato de calcio [Ca(HCO3)2:
H2CO3 + CaCO3→Ca (HCO3) 2→Ca(HCO3)2→Ca++
+ 2HCO3-] Junto
a la forma no disociada de ácido carbónico con iones de hidrógeno (H+)
los iones bicarbonato (HCO3-) pueden
estar disponibles para evitar cualquier incremento en los iones de hidrógeno,
bloqueando la acidificación.
Esto, desde luego, sucede solamente
mientras están libres los iones bicarbonato
disponibles. De otro modo, puede ser logrado a partir del carbonato de calcio ((CaCO3)
y bicarbonato de calcio (Ca(HCO)3)2 en el agua.
Este sistema buffer, además, neutraliza los iones hidróxilo (H-) y
así puede prevenir la alcalinización.
Los iones hidróxilo están convertidos por la reacción dentro del agua en
iones bicarbonato y en carbonato de calcio precipitados de esta forma:
Ca
(HCO3)2
+ OH-
→ CaCO3
→
+ HCO3- +H2O
Este
precipitado aparece, además, como consecuencia de que las plantas del acuario
consumen dióxido carbónico y sube el pH.
Suficiente dureza carbonática hace que el buffer prevenga este aumento del pH,
ya que cuanto más se eleve la dureza carbonática en el acuario, más constante
será el valor del pH.
Esto no nos debe hacer pensar que la dureza carbonática es indispensable en el
acuario para prevenir grandes fluctuaciones en el pH (y las consecuencias de
dichas oscilaciones sobre peces y plantas).
Mientras el sistema buffer esté trabajando normalmente, envolverá los ácidos
húmicos de la turba o los extractos de turba, como asimismo los fosfatos de los
fertilizantes, lo cual puede transformarse en una dificultad, sobre todo si
estos productos se deben adicionar después de un buffer. Por lo tanto en caso de
ser necesarios en un acuario, deberán colocarse antes que se tampone el pH
mediante un buffer.
Sea
como fuera, la mejor manera de controlar un acuario es la observación
permanente, la acumulación de experiencia y la esmerada lectura de notas y
textos científicos de acuarismo.
Hay que tener
presente que todos los buffer no son iguales. Los hay para mantener el pH por
encima de 7 o por debajo de 7. Si partimos de un agua con un pH determinado,
podemos utilizar un buffer como el que damos a continuación para que dicho pH
se mantenga estable.
Si es necesario modificarlo, debe hacerse antes de agregar la
solución buffer, utilizando algún preparado comercial o los que sugerimos en
otras notas de El Acuarista.®
Escala
de pH.
ácido
0__|__|__|__|__|__|__|__|__|__|__|__|__|__14
alcalino
1 2 3
4
5 6 7 8 9
10 11
12 13
neutro
Qué es el pH?
Es difícil explicar de forma extremadamente simple qué es el pH del
agua. Para quien se interese trataremos de hacerlo de la forma más
sencilla posible.
En cualquier forma que se presente el agua además de moléculas
(de H20), siempre habrá iones libres de
Hidrógeno. El peso de esos iones en su conjunto determinan el valor pH.
Esos iones libres pueden ser negativos de radical hidroxilo
(HO-) (aniones) o positivos de Hidrógeno (H+)
(cationes). De éstos dos grupos
de iones libres los H+
son los que determinan la acidez. El grado de acidez se determina por el peso de los mismos (en gramos) por litro de agua.
Cada ión de Hidrógeno se acopla a una molécula de agua. De ese modo
una molécula con un ión agregado deja de ser H2O y pasa a
ser H3O+. Es así que se forma un ión
hidrónio.
Un agua neutra contiene igual peso de iones hidróxilo (HO-) que de
Hidrógeno (H+). Mediante cuidadosas mediciones se pudo establecer que
en un litro de agua neutra existen 1/107 gramos de cada tipo
de ión. Esto significa que existe una molécula de agua disociada en
sus iones componentes
(H+ y HO-)
cada diez millones de moléculas de
agua. En la relación logarítmica entre 1/102 y 1/103
(pH 2 y pH 3 respectivamente) pH 2 representa una concentración de un
centésimo (1/102) y pH 3 representa una concentración de un
milésimo 1/103 (o sea 10 veces menor). Esta
escala llevada a un pH muy extremo convertirá el agua en un medio
corrosivo (con extrema acidez) o cáustico (con extrema alcalinidad). La
importancia que esto tiene en un acuario, en el cual los valores pH
deben mantenerse dentro de ciertos parámetros, se pone en evidencia. Un
punto de pH significa una concentración diez veces mayor o menor que la
anterior o posterior que en algunos casos puede significar una
concentración de un
millonésimo = 1/106 (pH 6), un diez millonésimos 1/107
(pH 7) o un cien millonésimos 1/108 (pH 8). Son simplemente dos puntos de pH pero la concentración es
sustancialmente diferente.
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Fórmula
de buffer estándar
Los
productos que utilizaremos se adquieren en droguerías
científicas y ocasionalmente en farmacias donde elaboran recetas magistrales. Estos productos
son:
Fosfato alcalino de sodio (Na2HPO4)
Bifosfato ácido de sodio (NaH2PO4)
Preparación
Lo
primero que tenemos que saber es el pH deseado. Según el pH deseado
mezclaremos los dos componentes en la proporción indicada en la tabla.
No importa el pH del agua de partida, pero facilitará las cosas si
está cercano a 7.
Lo ideal sería preparar
una solución de 100 grs. del producto en un litro de agua (solución al 10%).
Obviamente cada producto en un envase diferente y bien identificado.
Luego sabremos que cada 10 ml. (10 cm3)
del líquido representará un gramo del producto, dosis que se debe emplear por
cada 50 litros de agua.
POR CADA 50 LITROS |
Fosfato alcalino de sodio |
Bifosfato ácido de sodio |
pH |
10% (1 cm3) |
90% (9 cm3) |
5,9 |
20% (2 cm3) |
80% (8 cm3) |
6,2 |
30% (3 cm3) |
70% (7 cm3) |
6,5 |
40% (4 cm3) |
60% (6 cm3) |
6,6 |
50% (5 cm3) |
50% (5 cm3) |
6,8 |
60% (6 cm3) |
40% (4 cm3) |
7,0 |
70% (7 cm3) |
30% (3 cm3) |
7,2 |
80% (8 cm3) |
20% (2 cm3) |
7,4 |
90% (9 cm3) |
10% (1 cm3) |
7,6 |
Si
deseas utilizar la droga sin diluir previamente, reemplaza por gramos
la cantidad indicada en la tabla en cm3 y utiliza 1 gramo
de la mezcla por cada 50 litros de agua. Tanto diluido como en polvo, éstas
sustancias se degradan por acción del calor y la luz. Guárdalas en lugar
fresco y oscuro. En caso de utilizar los productos en polvo, no deben disolverse directamente en
el acuario. Disolverlos completamente en un recipiente de plástico y luego
agregarlo poco a poco.
Más sobre pH:
La incidencia del pH en el organismo
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