Soluciones tampón (buffer)

• Una solución tampón resiste los cambios de pH ante la adición de pequeñas cantidades de ácido o base fuerte.
• Composición: un ácido débil + su base conjugada (tampón ácido, pH $< 7$) o una base débil + su ácido conjugado (tampón básico, pH $> 7$).
• La base conjugada proviene de una sal: el etanoato de $\text{CH}_3\text{COONa}$; el amonio de $\text{NH}_4\text{Cl}$.
• Una mezcla de ácido fuerte con su sal no es tampón: el ácido está 100 % disociado y no queda forma sin ionizar de reserva.
• La capacidad amortiguadora es mayor cuando las concentraciones del par conjugado son altas y su razón es cercana a 1:1.

El par conjugado actúa como "doble depósito":

• Si se añade $\text{H}^+$ (ácido fuerte): la base conjugada lo atrapa:

$$\text{CH}_3\text{COO}^- + \text{H}^+ \rightarrow \text{CH}_3\text{COOH}$$

• Si se añade $\text{OH}^-$ (base fuerte): el ácido débil lo neutraliza:

$$\text{CH}_3\text{COOH} + \text{OH}^- \rightarrow \text{CH}_3\text{COO}^- + \text{H}_2\text{O}$$

El equilibrio $\text{CH}_3\text{COOH} \rightleftharpoons \text{CH}_3\text{COO}^- + \text{H}^+$ se desplaza (Le Châtelier) pero la reserva del par mantiene $[\text{H}^+]$ casi constante.

• Tampón $\text{NH}_3$/$\text{NH}_4^+$: ante $\text{H}^+$: $\text{NH}_3 + \text{H}^+ \rightarrow \text{NH}_4^+$; ante $\text{OH}^-$: $\text{NH}_4^+ + \text{OH}^- \rightarrow \text{NH}_3 + \text{H}_2\text{O}$.
• Tampón carbonato en sangre ($\text{H}_2\text{CO}_3$/$\text{HCO}_3^-$, pH 7,4): ante $\text{H}^+$: $\text{HCO}_3^- + \text{H}^+ \rightarrow \text{H}_2\text{CO}_3$; ante $\text{OH}^-$: $\text{H}_2\text{CO}_3 + \text{OH}^- \rightarrow \text{HCO}_3^- + \text{H}_2\text{O}$.

• Problema: Explica cómo el tampón $\text{CH}_3\text{COOH}/\text{CH}_3\text{COO}^-$ resiste la adición de $\text{NaOH}$.
• El $\text{NaOH}$ libera $\text{OH}^-$. El ácido etanoico (ácido débil de reserva) lo neutraliza: $\text{CH}_3\text{COOH} + \text{OH}^- \rightarrow \text{CH}_3\text{COO}^- + \text{H}_2\text{O}$.
• El $\text{OH}^-$ queda convertido en agua neutra; $[\text{OH}^-]$ libre apenas aumenta.
• La razón $[\text{CH}_3\text{COO}^-]/[\text{CH}_3\text{COOH}]$ cambia levemente pero el gran exceso de par conjugado mantiene el pH casi constante.

• Error frecuente: decir que el pH "no cambia"; lo correcto es que cambia muy poco. Afirmar que no cambia en absoluto es incorrecto.
• Error frecuente: no escribir la ecuación del mecanismo; sin ella no se obtiene el punto de explicación.
• Para identificar un tampón, comprueba: (1) ácido o base débil, (2) presente su par conjugado, (3) ambas formas en cantidad apreciable.
• Si se agota una de las especies del par (p. ej. todo el ácido débil se consume), el tampón deja de funcionar y el pH sube bruscamente.
• El tampón de $\text{HCl}/\text{NaCl}$ no funciona: el $\text{Cl}^-$ es base conjugada de un ácido fuerte y no capta $\text{H}^+$ en absoluto.