Deseja-se preparar uma solução-tampão para ser utilizada em experiências com uma enzima que tem atividade máxima constante de
a 6,0 . Dispõe-se das seguintes soluções de mesma molaridade:
, Cloreto de amônio (
), ácido fórmico (
), ácido lático
, ácido propiônico (
) e ácido fosfórico (
12,4).
a) Qual seria o melhor tampão para este experimento?
b) Determine a proporção entre o ácido e sua base conjugada necessária para preparar uma solução com pH correspondente ao valor médio da faixa ótima de atividade enzimática.
a) Qual seria o melhor tampão para este experimento?
b) Determine a proporção entre o ácido e sua base conjugada necessária para preparar uma solução com pH correspondente ao valor médio da faixa ótima de atividade enzimática.
Passo 1
O enunciado pede duas coisas:
- Escolher o melhor tampão entre as soluções disponíveis para uma enzima cuja atividade máxima é constante na faixa de
de a . - Determinar a proporção entre o ácido e sua base conjugada necessária para preparar um tampão com o
igual ao valor médio dessa faixa ótima.
Informações fornecidas (todas as soluções têm a mesma molaridade):
-
e (ácido forte e base forte). - Cloreto de amônio (íon amônio),
. (Valor fornecido no enunciado.) - Ácido fórmico,
. (Valor fornecido no enunciado.) - Ácido lático,
. (Valor fornecido no enunciado.) - Ácido propiônico,
. (Valor fornecido no enunciado; notei que no enunciado falta um sinal “=”, interpretei como .) - Ácido fosfórico com
, , .
Não se pede concentrações exatas do tampão, apenas qual tampão escolher e qual proporção ácido:base conjugada usar para o
médio da faixa.
Passo 2
Conceito essencial (explicado passo a passo): o que é um tampão e o papel do
.
- Um tampão é uma mistura de um ácido fraco
e sua base conjugada . Ele resiste a variações de quando pequenas quantidades de ácido ou base são adicionadas. - A força relativa do ácido e da base conjugada, para determinar o
do tampão, vem da constante de dissociação ácida definida por
onde
é a concentração de íons hidrogênio,
é a concentração da base conjugada e
é a concentração do ácido não dissociado.
- Tomando logaritmo e reorganizando chegamos à equação de Henderson–Hasselbalch, muito usada em tampões:
Explicando as partes:
é o que queremos;
é o log negativo de
e indica a tendência do ácido em doar prótons; o termo
mostra quanto da base conjugada existe em relação ao ácido.
- Regra prática importante: um par ácido/base é um bom tampão para pH aproximadamente igual a
. Ou seja, o intervalo útil de tamponamento é cerca de uma unidade de pH para cima e para baixo do .
Passo 3
Aplicando a regra prática à escolha do melhor tampão: comparar os
disponíveis com a faixa
a
. Vou olhar cada opção:
- Ácido fórmico
: sua faixa útil é aproximadamente a . Isso cobre só a ponta inferior da faixa desejada (até ), ficando deslocado para pH mais ácido. Pode funcionar perto de mas não é ideal para todo o intervalo. - Ácido lático
: faixa útil ≈ a . Também está deslocado para o lado ácido; chega só até ~4,9. - Ácido propiônico
: faixa útil ≈ a . Isso cobre bem a parte central da faixa – e fica mais próximo do centro. - Ácido fosfórico tem
: a segunda dissociação tem faixa útil ≈
a , que fica acima da maior parte da faixa (começa a tamponar bem acima de ), portanto não ideal. A primeira dissociação ( ) é muito ácida. - Cloreto de amônio (íon amônio,
) está muito acima da faixa (bom tampão para bases fracas, pH básico).
Conclusão (motivada pelos números): o par ácido propiônico / propionato comé o mais adequado porque seu intervalo útil engloba bem a faixa – e o está próximo do centro da faixa.
Passo 4
Cálculo do
alvo (média da faixa). O enunciado pede o
correspondente ao valor médio da faixa ótima
a
. A média aritmética é
Passo 5
Usar a equação de Henderson–Hasselbalch para achar a proporção entre a base conjugada
e o ácido
quando
e
. A equação é
Substituindo
e
:
Isolando o logaritmo:
Passo 6
Converter o logaritmo em razão (antilogaritmo). Como
implica
, obtemos
Calcular
: usando a relação
ou conhecendo a aproximação comum, temos
Portanto a razão é aproximadamente
.
Passo 7
Interpretando o resultado em termos práticos (o que o enunciado pediu: proporção entre o ácido e sua base conjugada). Nós encontramos
Isso significa que a concentração da base conjugada deve ser cerca de duas vezes a do ácido. Em termos de proporção ácido:base (HA : A−) isso é
Ou seja, para cada 1 mol (ou 1 parte) de ácido propiônico coloque aproximadamente 2 mols (ou 2 partes) de propionato, para obter
usando esse par tampão.
Resposta
a) Ácido propiônico / propionato (tampão com
).
b) Proporção (equivalente a
para
).
b) Proporção