CAPÍTULO 54: Equilibrio ácido-base

INTRODUCCIÓN

Todas las células humanas viven inmersas en un medio acuoso, donde ocurren reacciones de transferencia de protones (ácido-base) relacionadas con el metabolismo y la generación de compuestos que, al reaccionar con el agua, producen iones libres en menor (electrólitos débiles; p. ej., CO₂) o mayor (electrólitos fuertes; p. ej., ácido sulfúrico) medida. El agua misma es un electrólito con propiedades de anfolito, donando (ácido) o aceptando (base) protones para originar, respectivamente, iones hidroxilo (OH⁻) (base) e hidronio (H₃O⁺ o H⁺) (ácido). El agua pura se disocia débilmente, alcanzando un equilibrio (2H₂O ⇆ H₃O⁺ + OH⁻) en donde [OH⁻] y [H₃O⁺] son extremadamente bajos. La constante de este equilibrio es el producto iónico del agua (Kw = [H₃O⁺] • [OH⁻]), que surge de multiplicar dos constantes: Keq (1.8 • 10⁻¹⁶ mol • L⁻¹ a 25 °C) y la [H₂O] no disociada (55.5 mol • L⁻¹). Al ser un proceso endotérmico, la formación de H₃0⁺ (o H⁺) y OH⁻ (y, por tanto, Kw) se ve favorecida a mayor temperatura, reduciendo el pH del agua pura. (Cabe señalar que, como otras constantes de equilibrio, K_w aumenta con la temperatura; así, a 25 °C K_w = 1 • 10⁻¹⁴ (mol • L⁻¹)², mientras que a 37 °C K_w = 2.5 • 10⁻¹⁴ (mol • L⁻¹)². Por tanto, el pH disminuye con la temperatura, de modo que si en agua pura a una presión de 760 mmHg y una temperatura de 25 °C la [OH⁻] = [H⁺] = 1 • 10⁻⁷ mol • L⁻¹ y el pH neutro = 7, mientras que a 37 °C la [OH⁻] = [H⁺] = 1.58 • 10⁻⁷ mol • L⁻¹ y el pH neutro = 6.8. Por otro lado, una solución acuosa se denomina acídica cuando [H⁺] > [OH⁻], o se denomina alcalina cuando [H⁺] < [OH⁻], pero en ambos casos K_w seguirá siendo constante, independientemente de los electrólitos disueltos. Esto significa, por ejemplo, que la introducción de un ácido en un determinado compartimiento acuoso y el incremento concomitante de H⁺ genera, además, la reducción de [OH⁻] de modo que Kw y la electroneutralidad se mantengan constantes). De este modo, los conceptos de regulación del equilibrio ácido-base y del pH (pH = −log [H⁺]) sólo son equivalentes si la temperatura no cambia, algo a considerar en hipotermia.

Tanto el agua pura como las disoluciones neutras contienen proporciones equimolares de estos iones ([H⁺]/[OH⁻] = 1), pero en el organismo las interacciones entre el agua, ...