Las soluciones tampón o buffers son esenciales para mantener pH estable en procesos químicos y bioquímicos.
Este artículo presenta tablas, fórmulas, explicaciones y ejemplos prácticos para preparar soluciones tampón efectivas.
Calculadora de Soluciones Tampón (Buffers)
Tablas con valores comunes para la preparación de soluciones tampón
A continuación se presentan tablas con las concentraciones y combinaciones más frecuentes para preparar soluciones tampón en laboratorio. Estos valores son estándar y ampliamente utilizados en investigación y procesos industriales.
| Tampón | Compuestos principales | pKa (a 25°C) | Rango efectivo de pH | Concentración típica (M) | Uso común |
|---|---|---|---|---|---|
| Tampón Fosfato (PBS) | NaH2PO4 / Na2HPO4 | 7.21 | 6.8 – 7.4 | 0.01 – 0.1 | Biología molecular, cultivo celular |
| Tampón Acetato | Ácido acético / Acetato de sodio | 4.76 | 3.8 – 5.8 | 0.05 – 0.2 | Enzimas, proteínas |
| Tampón Tris-HCl | Tris base / Tris-HCl | 8.06 | 7.0 – 9.0 | 0.01 – 0.2 | Biología molecular, buffers de pH alcalino |
| Tampón Citrato | Ácido cítrico / Citrato de sodio | 3.13, 4.76, 6.40 | 3.0 – 6.5 | 0.01 – 0.1 | Procesos bioquímicos |
| Tampón Carbonato | Ácido carbónico / Carbonato de sodio | 6.37, 10.33 | 9.2 – 10.8 | 0.01 – 0.1 | Reacciones en pH básico |
| Compuesto | Masa molar (g/mol) | pKa principal | Solubilidad en agua (g/100 mL a 25°C) | Notas adicionales |
|---|---|---|---|---|
| Ácido acético | 60.05 | 4.76 | Ilimitada | Uso común para tampón ácido |
| Acetato de sodio | 82.03 | N/A | 119 | Base conjugada para acetato |
| Ácido fosfórico | 97.99 | 2.15, 7.21, 12.32 | Alta | Multiprotico, útil en fosfato |
| Fosfato monobásico (NaH2PO4) | 119.98 | 7.21 | Alta | Tampón fosfato |
| Fosfato dibásico (Na2HPO4) | 141.96 | N/A | Alta | Tampón fosfato |
| Tris base | 121.14 | 8.06 | Alta | Tampón alcalino |
Fórmulas esenciales para la preparación de soluciones tampón (buffers)
La base matemática y química para preparar un tampón eficaz implica el equilibrio ácido-base y el cálculo preciso de las concentraciones para alcanzar el pH deseado. A continuación se detallan las fórmulas fundamentales con sus variables.
1. Ecuación de Henderson-Hasselbalch
La ecuación fundamental para calcular el pH de una solución tampón es:
- pH: Potencial de hidrógeno de la solución.
- pK_a: Constante de disociación ácida del ácido débil (característica del ácido).
- [A⁻]: Concentración de la base conjugada (forma desprotonada).
- [HA]: Concentración del ácido débil (forma protonada).
Explicación:
Para preparar un tampón con un pH deseado, se debe ajustar la relación molar entre la base conjugada y el ácido débil conforme a esta ecuación. Por ejemplo, si el pKa del ácido es 4.76 (ácido acético), para un pH 5.0, la relación 
se calcula para mantener ese pH.
2. Cálculo de concentraciones para un volumen específico
Para preparar una solución tampón con concentración total Ct (sumatoria ácido + base), se usa:
Si se conoce la relación 
entonces:
Esto permite calcular las cantidades exactas de ácido y base que se deben mezclar.
3. Cálculo de masa para preparar el tampón
Para un volumen V (litros) de tampón, la masa m del compuesto necesario es:
- C: concentración molar (mol/L) del ácido o base.
- V: volumen total de la solución (L).
- PM: peso molecular (g/mol) del compuesto.
Ejemplo: Para preparar 1 L de tampón acetato 0.1 M, la masa de acetato de sodio (base conjugada) es:
4. Efecto del pH y pKa en la capacidad tampón
La capacidad tampón máxima se da cuando:
La capacidad decrece a medida que el pH se aleja del pKa ±1. Esto es fundamental para seleccionar el ácido/base conjugada adecuada.
Explicación detallada de variables comunes en la preparación de tampón
| Variable | Descripción técnica | Valores típicos / Comentarios |
|---|---|---|
| pH | Nivel de acidez o basicidad del tampón | Entre 3 y 10 para la mayoría de tampón comunes |
| pKa | Constante de disociación ácida del ácido débil | Depende del compuesto; ácido acético = 4.76; Tris = 8.06 |
| [HA] | Concentración molar del ácido débil | Depende de la preparación, usualmente entre 0.01 M y 0.2 M |
| [A⁻] | Concentración molar de la base conjugada | Complementaria a [HA], se ajusta para mantener pH |
| C_t | Concentración total del tampón (suma de ácido y base) | Variable según necesidad, 0.01 a 0.2 M comúnmente |
| V | Volumen total de la solución preparada | En litros o mililitros según requerimiento |
| PM | Peso molecular del compuesto | Dato fijo, necesario para cálculo de masa |
Casos prácticos detallados en preparación de soluciones tampón
Caso 1: Preparación de 1 L de tampón acetato pH 5.0 con concentración total 0.1 M
Datos:
- Ácido acético pKa=4.76
- Volumen deseado V=1 L
- Concentración total Ct=0.1 M
- pH deseado pH=5.0
Paso 1: Calcular la relación base/ácido
Usamos Henderson-Hasselbalch:
Paso 2: Calcular concentraciones de ácido y base
Paso 3: Calcular masa de ácido acético y acetato de sodio
- Ácido acético (PM = 60.05 g/mol):
- Acetato de sodio (PM = 82.03 g/mol):
Paso 4: Procedimiento
Disolver 2.19 g de ácido acético y 5.21 g de acetato de sodio en menos de 1 L de agua destilada, ajustar pH con ácido/base si es necesario y completar volumen a 1 L.
Caso 2: Preparación de tampón fosfato pH 7.2 para cultivo celular, 0.05 M, 500 mL
Datos:
- Tampón fosfato: mezcla de NaH2PO4 y Na2HPO4
- pKa = 7.21
- pH deseado = 7.2
- Concentración total = 0.05 M
- Volumen = 0.5 L
Paso 1: Calcular relación base/ácido
Paso 2: Calcular concentraciones
Paso 3: Calcular masa de cada compuesto
- NaH2PO4 (PM = 119.98 g/mol):
- Na2HPO4 (PM = 141.96 g/mol):
Paso 4: Procedimiento
Disolver 1.52 g de NaH2PO4 y 1.75 g de Na2HPO4 en aproximadamente 400 mL de agua, ajustar pH con ácido o base si es necesario, y completar volumen a 500 mL.
Variables adicionales y recomendaciones para la preparación precisa
- Temperatura: El pKa varía con la temperatura, por lo que los cálculos deben ajustarse si la temperatura de trabajo es diferente a 25 °C.
- Ionicidad: La fuerza iónica de la solución afecta el pKa y el pH efectivo.
- Pureza y calidad de reactivos: Es recomendable utilizar reactivos grado analítico para evitar interferencias.
- Ajuste fino de pH: Uso de un pH-metro calibrado y ajuste con ácido o base fuerte en pequeñas cantidades para obtener pH exacto.
- Almacenamiento: Los buffers deben almacenarse en condiciones que eviten contaminación y degradación.
Recursos adicionales y normativa recomendada
- Normas y guías internacionales:
- IUPAC, «Quantities, Units and Symbols in Physical Chemistry» (Gold Book)
- Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater (APHA)
- NIST Buffer Standards: https://www.nist.gov/srm
- Herramientas útiles:
- Calculadoras de pH tampón en línea (por ejemplo, https://buffercalculator.org)
- Software de simulación química para equilibrio ácido-base
Métodos experimentales para validar la preparación
- Medición del pH: Utilizar un pH-metro calibrado con soluciones estándar (pH 4, 7, 10).
- Titulación ácido-base: Confirmar concentración efectiva y composición.
- Control de temperatura: Realizar mediciones a la temperatura de uso final.
- Evaluación de capacidad tampón: Medir la resistencia del pH ante la adición de ácido o base fuerte.
Buenas prácticas en la preparación y almacenamiento
- Usar agua destilada o ultrapura para evitar contaminantes.
- Preparar soluciones frescas o almacenar a 4°C para evitar degradación.
- Usar recipientes limpios y preferiblemente de vidrio o plástico inerte.
- Etiquetar claramente con concentración, pH, fecha y composición.