Calcule a variação de pH das seguintes soluções abaixo, quando se é adicionado aos mesmos
de solução de
b.
de uma solução tampão de ácido Fórmico/ Formiato de Sódio
b.
Passo 1
O que o exercício pede: calcular a variação de pH (ΔpH) quando são adicionados
de solução de
a
de uma solução tampão ácido fórmico / formiato de sódio com concentrações
para cada componente (ou seja,
e
inicialmente). O valor de
do ácido fórmico é
.
Dados fornecidos (todos retirados do enunciado):
O objetivo prático: calcular primeiro o pH inicial do tampão, depois o pH após a adição de
(considerando a reação ácido-base), e finalmente a variação
.
Passo 2
Converter volumes em litros e calcular moles iniciais de ácido (HA) e do formiato (
), e moles de
adicionados.
Cálculo do número de mols do ácido fórmico inicial:
Cálculo do número de mols do formiato (
) inicial:
Cálculo dos mols de
adicionados:
Observação: todos os cálculos acima são diretos da definição
. Estou sendo explícito para que você consiga reproduzir esses passos rapidamente na prova — pega a garrafinha, converte mL para L, multiplica e já tem os mols.
Passo 3
Escrever a reação ácido-base que ocorre quando o
é adicionado e aplicar este consumo/produção de espécies:
Reação principal:
Isto significa que cada mol de
consome 1 mol de
e gera 1 mol de
. Como havia
de
, os novos números de mols ficam:
Observe que a adição de base deslocou um pouco o equilíbrio convertendo ácido em base conjugada — típico comportamento de um tampão: o pH muda só um pouco.]
Passo 4
Explicar e aplicar a equação de Henderson–Hasselbalch (HH), que é a ferramenta padrão para pH de tampões.
A equação de Henderson–Hasselbalch:
Explicação das variáveis:
-
é o que queremos; -
é ; -
é a concentração molar da base conjugada (formiato); -
é a concentração molar do ácido (ácido fórmico).
Por que podemos usar a razão de mols em vez de concentrações? Porque após a adição o volume final é o mesmo para
e
(ambos foram diluídos igualmente), então o fator de diluição cancela na razão
. Assim podemos usar a razão dos mols finais:
Calcular
:
Passo 5
Calcular o pH inicial do tampão (antes da adição de
) usando HH.
Inicialmente
, então a razão é
e
. Logo:
Comentário: isso é típico quando as concentrações conjugadas são iguais — o pH do tampão coincide com o
.
Passo 6
Calcular o pH final após a adição da base, usando os mols finais obtidos no Passo 3.
Razão dos mols finais:
Aplicando Henderson–Hasselbalch:
Avaliar o logaritmo (aproximação numérica):
Portanto
Dica prática na prova: você pode memorizar que adicionar uma pequena base a um tampão desloca a razão
e que mudanças de pH serão pequenas se a base adicionada for pequena em comparação com os mols de tampão — aqui
é apenas 10% dos mols de cada componente (
), daí a mudança pequena.
Passo 7
Calcular a variação de pH pedida:
Arredondando sensivelmente (mantendo 2 ou 3 algarismos significativos) obtemos
. Isso significa que o pH subiu cerca de
unidades por causa da adição da base — uma mudança pequena, que mostra a efetividade do tampão.