Descreva como você pode preparar exatamente 100 mL do tampão picolinato
. Os materiais de partida possíveis são o ácido picolínico (
), solução de
e solução de
. Aproximadamente quantos mililitros de HCl ou NaOH serão necessários?
Passo 1
O que o problema pede e o que nos foi dado (tudo pegado do enunciado):
- Pede: preparar exatamente
de tampão picolinato com concentração total e . - Materiais disponíveis: ácido picolínico
(massa molar ), solução e solução . - Constantes de dissociação fornecidas:
e . - Pergunta adicional: aproximadamente quantos mililitros de
ou serão necessários?
Informações úteis que vamos usar (não resolvemos ainda):
- Volume final desejado:
. - Concentração total de espécies do ácido (soma das formas):
. - Como o pH pedido
está muito próximo de , o tampão relevante é o par da segunda dissociação: (ou seja, tratamos a segunda etapa como buffer).
Passo 2
Por que usamos a equação de Henderson–Hasselbalch e qual forma usar (aula rápida e prática)
- Para a segunda dissociação do ácido diprótico
temos a reação
e a constante de dissociação correspondente
com
.
- A fórmula de Henderson–Hasselbalch para esse par é
O que significam as grandezas:
-
é a concentração da base conjugada (segunda base). -
é a concentração da forma protonada relativa a essa segunda dissociação. -
é o . - Usamos essa forma porque o pH requerido está próximo de
, logo o tampão efetivo é formado por essas duas espécies.
Agora aplicamos a fórmula para obter a razão entre base e ácido conjugado:
Passo 3
Calcular as concentrações e os mols das duas espécies no tampão (passo a passo)
- Concentração total desejada de todas as formas do ácido no tampão:
- Seja
. Então as frações são
- Convertendo para concentrações (soma =
):
- Mols em
:
Verificação rápida:
(consistência OK).
Passo 4
Quanto de ácido picolínico sólido pesar (aula prática de transformação mol → massa)
- Como só há o ácido
sólido disponível, a maneira direta é dissolver quantidade de que forneça . - Massa a pesar:
- Recomenda-se arredondar para uma precisão compatível com a balança: por exemplo pesar
de .
Passo 5
Quanto de
(1,0 M) acrescentar partindo do ácido
(explicação do raciocínio)
- Cada molécula de
tem dois prótons. Para transformar uma molécula em é preciso 1 mol de ; para transformá‑la em é preciso 2 mol de . - Assim, o total de mols de
necessários para obter as quantidades desejadas é
Substituindo os valores:
- Com solução
(isto é ), o volume necessário é
- Aproximando para medidas práticas: cerca de
de .
Observação didática: este cálculo assume que as neutralizações por base são quantitativas e que após adição a mistura atinge o equilíbrio de ácido-base previsto pela HH — para tampões diluídos como este a aproximação é boa; na prática faz‑se ajuste fino do pH com pequenas alíquotas adicionais de
ou
medindo o pH com eletrodo.
Passo 6
Se, por algum motivo, começasse com uma sal totalmente deprotonada ou com a mono-sal, volumes alternativos (úteis para interpretar a pergunta sobre “HCl ou NaOH”)
- Se houvesse disponível a base totalmente deprotonada (sal
) e quisesse obter a mistura desejada protonando com 1,0 M, o número de mols de a adicionar seria igual ao número de desejado (cada protonação converte ):
- Se, em vez disso, começasse com o mono-sal
(somente ), para converter a fração desejada para seria preciso
- Essas alternativas são apenas para compreensão: com os reagentes que o enunciado dá (ácido livre mais HCl e NaOH), a rota prática é pesar o ácido e adicionar
conforme calculado no Passo 5.
Passo 7
Procedimento experimental sugerido passo a passo (como fazer na bancada, didático e prático)
- Pesar aproximadamente
de ácido picolínico ( ) e transferir para um béquer limpo. - Dissolver em cerca de
de água deionizada, agitando até completa dissolução. - Com uma pipeta, adicionar lentamente cerca de
de (adicione gota a gota nas últimas gotas), com agitação constante. - Medir o
com eletrodo calibrado. O pH esperado ao adicionar exatamente é muito próximo de ; porém sempre ajustar finamente: se o pH ficar ligeiramente abaixo de , adicionar pequenas aliquotas (10–50 μL) de até ; se ficar acima, corrigir com pequenas aliquotas de . - Transferir a solução para um balão volumétrico de
e completar até a marca com água deionizada. - Homogeneizar invertendo o balão várias vezes.
Dica motivacional: vá adicionando a base devagar e medindo o pH — é assim que se aprende a “sentir” o tampão. Não se apresse, pequenas correções são a chave!
Resposta
Pesar
de ácido picolínico (
), dissolver e adicionar aproximadamente
de
; completar para
e ajustar finamente o pH até
.
Alternativas de volumes (1,0 M): se começasse com (sal totalmente deprotonado) seria necessário
de
; se começasse com
(mono-sal) seria necessário
de
.
Alternativas de volumes (1,0 M): se começasse com