Calcular o pH de uma mistura de ácido carbônico
e bicarbonato
, sabendo que seu
nas seguintes condições:
a)
b)
c)
d)
e)
f) Em qual destes casos a capacidade de tamponamento é máxima? Por quê?
a)
b)
c)
d)
e)
f) Em qual destes casos a capacidade de tamponamento é máxima? Por quê?
Passo 1
O que o enunciado pede e o que temos de dado:
- Pedem o
de uma mistura ácido/base par formada por ácido carbônico (que é a forma ácida, que vou chamar de ) e bicarbonato (a base conjugada, que vou chamar de ). - O enunciado dá o valor de
do par ácido-base: . - As concentrações fornecidas para cada item são:
- (a)
e . - (b)
e . - (c)
e . - (d)
e . - (e)
e .
- (a)
- A pergunta (f) é: em qual destes casos a capacidade de tamponamento é máxima e por quê?
- Observação: Não fiz nenhuma aproximação ainda; apenas listei os dados que usaremos.
Passo 2
Aprendendo a ferramenta principal — a equação de Henderson–Hasselbalch:
- Começamos da constante de acidez
para o equilíbrio
que é
- Tomando
dos dois lados e usando as definições e , obtemos a forma prática:
- O que cada símbolo significa:
-
é o que queremos calcular: . -
é o negativo do logaritmo da constante de acidez do ácido. -
é a concentração da base conjugada (aqui ). -
é a concentração da forma ácida (aqui ).
-
- Esse é o método mais direto e apropriado para misturas ácido fraco / base conjugada. Ele é simples e aplicável diretamente quando conhecemos as concentrações iniciais (e quando não precisamos corrigir por ionização adicional significativa).
Passo 3
Como vamos calcular: logaritmos e arredondamentos
- A aplicação é direta: para cada caso calculamos
- Valores de logaritmo que usarei (valores usuais de log base 10):
-
- Vou apresentar as pH com duas casas decimais (convencional em problemas de química).
Passo 4
Cálculo detalhado dos itens (a), (b) e (c)
- (a) Para
e :
Arredondando:
.
- (b) Para
e :
Ou seja
.
- (c) Para
e :
Arredondando:
.
Passo 5
Cálculo detalhado dos itens (d) e (e)
- (d) Para
e :
Ou seja
.
- (e) Para
e :
Ou seja
.
Passo 6
Capacidade de tamponamento — conceito e resposta (f)
- O que é capacidade tampão (intuitivamente): é a habilidade da solução de resistir a mudanças de pH quando adicionamos um ácido forte ou base forte. Dois fatores importantes:
- O tampão é mais eficiente quando a razão
está próxima de (porque então e pequenas adições de ácido ou base são neutralizadas simetricamente). - Para uma mesma razão, quanto maior a concentração total de espécies tampão
, maior a capacidade de tamponamento (há mais “material” para consumir ácidos ou bases adicionados).
- O tampão é mais eficiente quando a razão
- Entre os casos dados, os que têm razão
são (b), (d) e (e). Destes, o que tem maior concentração total é (e), pois , maior que em (d) que tem e (b) que tem . - Portanto, a capacidade de tamponamento é máxima no caso (e), porque ali temos a razão ideal
(logo ) e a maior concentração total das espécies tampão, ou seja, mais “capacidade” para neutralizar adições de ácido ou base.
Resposta
a)
b)
c)
d)
e)
f) A capacidade de tamponamento é máxima no caso (e), porque ali (logo
) e a concentração total das espécies tampão é a maior (
), o que dá mais “material” para resistir a variações de pH.
b)
c)
d)
e)
f) A capacidade de tamponamento é máxima no caso (e), porque ali