Fundamentos y Aplicaciones de la Ecuación de Henderson-Hasselbalch y Técnicas Cromatográficas

Fundamentos de la Ecuación de Henderson-Hasselbalch

La **ecuación de Henderson-Hasselbalch** permite determinar tres aspectos fundamentales en sistemas de amortiguación:

• Calcular el pKa a partir del pH y la relación molar entre el donador (ácido) y aceptor (base conjugada) de protones.
• Calcular el pH a partir del pKa y la relación molar entre el donador y aceptor de protones.
• Calcular la relación molar entre donador y aceptor de protones, conociendo el pH y el pKa.

Ejemplo de Aplicación de la Ecuación de Henderson-Hasselbalch

Se busca calcular el pKa del ácido láctico, dadas las siguientes concentraciones y el pH medido:

• Concentración de ácido láctico (forma libre, donador): 0.010 M
• Concentración de lactato (aceptor): 0.087 M
• pH: 4.80

Desarrollo Matemático

La ecuación general es:

$$\text{pH} = \text{pKa} + \log \left( \frac{[\text{lactato}]}{[\text{ácido láctico}]} \right)$$

Despejando el pKa:

$$\text{pKa} = \text{pH} - \log \left( \frac{[\text{lactato}]}{[\text{ácido láctico}]} \right)$$

Sustituyendo valores:

$$\text{pKa} = 4.80 – \log \left( \frac{0.087}{0.010} \right)$$ $$\text{pKa} = 4.80 – \log (8.7)$$ $$\text{pKa} = 4.80 – 0.94$$ $$\text{pKa} = 3.86$$

Conceptos en Cromatografía

Cromatografía en Capa Fina (TLC)

La cromatografía en capa fina (en inglés *thin layer chromatography* o **TLC**) es una técnica analítica rápida y sencilla, muy utilizada en laboratorios de Química Orgánica. Sirve para:

• Determinar el grado de pureza de un compuesto.
• Comparar muestras.

Factor de Retención (Rf)

La relación entre las distancias recorridas por el soluto y por el eluyente desde el origen de la placa se conoce como Rf:

$$\text{Rf} = \frac{\text{distancia recorrida por el compuesto (X)}}{\text{distancia recorrida por el eluyente (Y)}}$$

Fases Cromatográficas

La separación depende de las fases:

• Fase Estacionaria: Consiste en partículas, generalmente sólidas, pequeñas y con una superficie microporosa. Puede estar empaquetada en forma de columna o extendida en forma de capa.
• Fase Móvil: Puede ser un líquido o un gas, y su función es transportar a los componentes de la mezcla a través del sistema cromatográfico.

Intercambio Iónico

El intercambio iónico separa moléculas basándose en la carga neta de estas. Los intercambiadores cargados positivamente tienen contra iones cargados negativamente y se denominan intercambiadores aniónicos.

Aplicaciones del Intercambio Iónico

Las aplicaciones incluyen:

• Extracción y purificación de antibióticos.
• Procesamiento de bebidas.
• Cromatografía de producción.
• Medicamentos de liberación progresiva.
• Separación de aminoácidos.

Ejemplos de Iones y Resinas

Cationes Comunes

Ejemplos de cationes que pueden separarse:

• Fierro ($\text{Fe}^{3+}$)
• Plomo ($\text{Pb}^{2+}$)
• Aluminio ($\text{Al}^{3+}$)
• Cobre ($\text{Cu}^{2+}$)
• Sodio ($\text{Na}^{+}$)

Aniones Comunes

Ejemplos de aniones comunes:

• Cromato ($\text{CrO}_4^{2-}$)
• Sulfato ($\text{SO}_4^{2-}$)
• Fosfato ($\text{HPO}_4^{2-}$)
• Yoduro ($\text{I}^{-}$)
• Cloruro ($\text{Cl}^{-}$)

Tipos de Resinas

Las resinas se clasifican según su capacidad de intercambio:

• Catiónica Fuerte (CF)
• Catiónica Débil (CD)
• Aniónica Fuerte (AF)
• Aniónica Débil (AD)

Grupos Funcionales en Resinas

Los grupos funcionales que definen la naturaleza de la resina son:

• Cationicas: $-\text{SO}_3\text{H}$, $-\text{COOH}$, $-\text{SO}_3\text{Na}$
• Anionicas: $-\text{NH}_2$, $-\text{NHR}$, $-\text{NR}_2$