Qué hace esta calculadora
La Calculadora de la relación de tampón para un pH objetivo te indica exactamente cuánta base conjugada necesitas respecto a su ácido débil para alcanzar el pH deseado. Reordena la ecuación de Henderson-Hasselbalch de modo que, a partir de un pH objetivo y del pKa del tampón, obtienes al instante la relación molar [base]/[ácido] requerida y el porcentaje de cada especie. Se trata de química universal, válida en cualquier laboratorio del mundo.
Cómo utilizarla
Introduce el pH que quieres que mantenga tu tampón y el pKa del par conjugado ácido-base que vayas a emplear (por ejemplo, ácido acético con pKa 4,76; fosfato con pKa 7,2; Tris con pKa 8,06). La calculadora te devuelve la relación entre base conjugada y ácido, junto con la fracción del tampón que se encuentra en cada forma. Multiplica esa relación por los moles de ácido para conocer los moles de base que debes añadir.
La fórmula explicada
La ecuación de Henderson-Hasselbalch establece que \(\text{pH} = \text{pK}_a + \log\left(\frac{[\text{base}]}{[\text{ácido}]}\right)\). Al despejar la relación se obtiene $$\frac{[\text{base}]}{[\text{ácido}]} = 10^{\,\text{pH} - \text{pK}_a}$$ Cuando el pH coincide con el pKa, la relación es 1 (una mezcla 50:50, el punto de máxima capacidad amortiguadora). Por cada unidad de pH por encima del pKa la relación se multiplica por diez; por cada unidad por debajo, se divide entre diez.
Ejemplo resuelto
Para preparar un tampón fosfato a pH 7,4 usando una especie con pKa 6,1, la relación es $$10^{(7{,}4 - 6{,}1)} = 10^{1{,}3} \approx 19{,}95$$ Es decir, necesitas unas 19,95 partes de base conjugada por cada parte de ácido, lo que equivale aproximadamente a un 95,2 % de base y un 4,8 % de ácido.
Valores comunes de pKa de tampones
La ecuación de Henderson–Hasselbalch funciona mejor cuando el pH objetivo está dentro de aproximadamente \(\pm 1\) unidad del \(\text{pK}_a\) del tampón, donde la relación base conjugada/ácido se mantiene entre aproximadamente 0,1 y 10. La tabla siguiente enumera los valores de \(\text{pK}_a\) (a 25 °C o cerca de esta temperatura) para tampones ampliamente utilizados junto con sus rangos de amortiguación práctica.
| Tampón | pKa | Rango de pH útil |
|---|---|---|
| Ácido cítrico (pKa1) | 3.13 | 2.1 – 4.1 |
| Ácido acético | 4.76 | 3.8 – 5.8 |
| Ácido cítrico (pKa2) | 4.76 | 3.8 – 5.8 |
| MES | 6.15 | 5.5 – 6.7 |
| Bicarbonato (pKa1) | 6.35 | 5.4 – 7.4 |
| Ácido cítrico (pKa3) | 6.40 | 5.4 – 7.4 |
| Fosfato (pKa2) | 7.20 | 6.2 – 8.2 |
| MOPS | 7.20 | 6.5 – 7.9 |
| HEPES | 7.55 | 6.8 – 8.2 |
| Tris | 8.06 | 7.0 – 9.0 |
| Borato | 9.24 | 8.2 – 10.2 |
| Glicina (pKa2) | 9.60 | 8.6 – 10.6 |
El rango útil es aproximadamente \(\text{pK}_a \pm 1\); fuera de esta ventana el tampón tiene poca capacidad para resistir cambios de pH porque una especie domina.
Relación base-ácido en varios valores de pH objetivo
Debido a que la relación depende solo de la diferencia \(\text{pH}-\text{pK}_a\), una sola tabla cubre todo tampón. Cada paso de una unidad de pH cambia la relación por un factor de diez. Los porcentajes muestran qué fracción del tampón total existe como base conjugada \(\text{A}^-\) versus ácido \(\text{HA}\).
| pH − pKa | Relación [A−]/[HA] | % base (A−) | % ácido (HA) |
|---|---|---|---|
| −2.0 | 0.01 | 0.99 % | 99.01 % |
| −1.0 | 0.10 | 9.1 % | 90.9 % |
| −0.5 | 0.316 | 24.0 % | 76.0 % |
| 0.0 | 1.00 | 50.0 % | 50.0 % |
| +0.5 | 3.16 | 76.0 % | 24.0 % |
| +1.0 | 10.0 | 90.9 % | 9.1 % |
| +2.0 | 100 | 99.01 % | 0.99 % |
En el punto medio (\(\text{pH}=\text{pK}_a\)) la base y el ácido son iguales y la capacidad de amortiguación es máxima. Más allá de \(\pm 1\) unidad, una forma constituye más del 90 % del tampón, por lo que la capacidad disminuye drásticamente.
Preguntas frecuentes
¿Por qué conviene mantener el pH dentro de una unidad respecto al pKa? Fuera del rango de ±1 unidad de pH, más del 90 % del tampón está en una sola forma y apenas resiste los cambios de pH, por lo que su capacidad amortiguadora es muy débil.
¿Influye la temperatura? Sí: los valores de pKa varían con la temperatura (de forma notable en el Tris), así que utiliza siempre el pKa correspondiente a tu temperatura de trabajo.
¿Cómo paso de la relación a cantidades concretas? Elige una concentración total de tampón y repártela aplicando las fracciones de base y de ácido que se muestran.
