Sección 6 · Química de la vida
Algunas sustancias, llamadas ácidos, liberan iones de hidrógeno —en esencia, protones— cuando se disuelven en agua. Otras sustancias, llamadas bases, aceptan protones en disolución acuosa. Los protones son muy reactivos y pueden dañar la materia orgánica. En general, la concentración de protones en un medio acuoso tiene un gran impacto en los organismos y debe regularse con precisión.
En esta sección hablaremos de los ácidos, las bases y la escala de pH.
Cuando los ácidos se disuelven en agua, se ionizan y liberan iones H⁺ (protones). Un ácido fuerte, como el ácido clorhídrico (HCl), se disocia completamente en iones H⁺ y Cl⁻. Un ácido débil, como el ácido acético (CH₃COOH), en cambio, no se disocia completamente, ya que una cantidad considerable de la molécula inicial no se ionizará. Cuanto mayor sea la concentración de H⁺, mayor será la acidez.
Mientras que los ácidos son donantes de H⁺, las bases son esencialmente aceptantes de H⁺. En solución, una base fuerte como el hidróxido de sodio (NaOH) se disocia completamente en iones Na⁺ y OH⁻. Los iones OH⁻ (hidróxido) resultantes se combinan con protones y forman moléculas de agua. El amoníaco (NH₃) es otra base que toma protones para formar amonio (NH₄⁺). Es una base débil, porque solo un cierto porcentaje de las moléculas de amoníaco en solución aceptan protones. Cuanto mayor sea la capacidad de aceptación de H⁺, más fuerte será la base.
La acidez o la basicidad de una solución se mide con la escala de pH, que va de 0 a 14. La mayor acidez se alcanza en el pH 0 y las soluciones menos ácidas tienen valores de pH más altos. Una solución neutra, por ejemplo el agua pura, tiene un pH de 7 y los valores de pH más altos indican la basicidad, que alcanza el máximo en el pH 14. La figura muestra algunos ejemplos de soluciones con su rango de pH. La escala de pH se basa en la concentración de iones H⁺ y es logarítmica, por lo que, digamos, a pH 4 la concentración de H⁺ es 10 veces mayor que a pH 5.
Dado que los cambios en la concentración de protones pueden tener un gran impacto bioquímico, los organismos utilizan tampones para mantener el pH constante. Los sistemas tampón suelen estar formados por un ácido débil y su correspondiente base (conjugada). El pH de la sangre humana (7,4) está regulado por el sistema tampón de bicarbonato aquí representado, compuesto por ácido carbónico y su base conjugada, el bicarbonito. Los protones adicionales son absorbidos por un cambio en el equilibrio de la reacción hacia el ácido carbónico y a la formación de dióxido de carbono y agua, evitando un cambio en el pH.
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