Sistemas amortiguadores y ósmosis

Acidez y basicidad de una solución: el pH

Para medir la acidez o basicidad de una disolución acuosa se utiliza el pH, el cual indica la concentración molar de los iones hidronio, $[H_3O^+]$ , según la expresión:

$pH=-log_{10}[H_3O^+]$

El agua se disocia en iones hidronio $(H_3O^+)$ e iones hidróxido $(OH^-)$ , tal que:

$2 \, H_2O \iff H_3O^+ \, + \, OH^-$

Cuando el agua es neutra, la concentración de iones hidronio es igual a la concentración de iones hidróxido:

$[H_3O^+]=[OH^-]=10^{-7} M \to$ pH= $7$

Sin embargo, en el agua se disuelven sustancias que modifican este equilibrio.

En una disolución ácida: $\uparrow \, [H_3O^+]$ , de modo que $[H_3O^+] >10^{-7} \, M \to$ pH $<7$
En una disolución básica: $\uparrow [OH^-]$ , de modo que $[H_3O^+] < 10^{-7} \, M \to$ pH $>7$

Sistemas amortiguadores

Los sistemas amortiguadores o tampón controlan las variaciones del pH de los medios intracelulares y extracelulares cuando se añaden pequeñas cantidades de ácidos o bases.

Pueden estar formados por un ácido débil y una sal de su base conjugada o por una base débil y una sal de su ácido conjugado.

Si hay un aumento de la concentración de $[H_3O^+]$ , el tampón actúa como base y los acepta.
Si hay un aumento de la concentración de $[OH^-]$ , el tampón actúa como ácido y cede protones para neutralizarlos.

Los principales tampones biológicos son:

El tampón bicarbonato, que actúa en los líquidos extracelulares como la sangre.
El tampón fosfato, que actúa en los líquidos intracelulares como el citoplasma.

Ósmosis

El proceso de la ósmosis consiste en el intercambio de agua entre dos disoluciones salinas de concentración diferente a través de una membrana semipermeable, la cual permite el paso de agua pero no de soluto.

Disolución hipertónica: alta concentración de soluto (concentrada)
Disolución hipotónica: baja concentración de soluto (diluida)
Disolución isotónica: ambas disoluciones tienen la misma concentración.

El movimiento de agua se produce de la disolución hipotónica a la hipertónica para igualar la concentración de ambas.

Biología y Geología; Base química de la vida; 2. Bachillerato; Sistemas amortiguadores y ósmosis

Ósmosis en las células vegetales y animales

Cuando una célula se encuentra en un medio hipertónico (A), el agua sale de la célula para contrarrestar la diferencia de concentración. Este hecho provoca que la célula se arrugue y que la membrana se despegue de la pared celular (plasmólisis) en células vegetales.
Cuando una célula se encuentra en un medio isotónico (B), la variación entre el agua que sale y entra de la célula es nula, de modo que la célula no sufre ningún tipo de alteración.
Cuando una célula se encuentra en un medio hipotónico (C), el agua entra a la célula para contrarrestar la diferencia de concentración. Este hecho provoca que la célula se hinche (turgencia) pudiendo llegar a explotar en el caso de las células carentes de pared celular (p.e. células animales)

Biología y Geología; Base química de la vida; 2. Bachillerato; Sistemas amortiguadores y ósmosis