QUESTÃO 04: Considerando uma solução tampão que contém
de
e
de
, faça o que se pede:
OBSERVAÇÃO: Resolver utilizando a Equação de Henderson-Hasselbalch.
a. Calcule o valor de pH da solução tampão. R: pH = 4,96
b. Calcule o valor de pH após adição
de HCl em 1 litro da solução tampão da letra “a”. Qual é a variação de pH em termos percentuais? R: pH=4,82; Redução de 2,82 %
c. Calcule o valor de pH após adição
de NaOH em 1 litro da solução tampão da letra “a”. Qual é a variação de pH em termos percentuais? R: pH = 5,11; Aumento de 3,02 %
d. Considerando as soluções tampão das questões 03 e 05, qual delas teve maior variação no valor de pH com a adição da mesma quantidade de ácido ou de base? JUSTIFIQUE. R: Quanto maior for a concentração das
espécies químicas do equilíbrio do tampão, maior será a eficiência do tampão em manter o pH inicial após a adição de ácido ou base.
DADO:
OBSERVAÇÃO: Resolver utilizando a Equação de Henderson-Hasselbalch.
a. Calcule o valor de pH da solução tampão. R: pH = 4,96
b. Calcule o valor de pH após adição
c. Calcule o valor de pH após adição
d. Considerando as soluções tampão das questões 03 e 05, qual delas teve maior variação no valor de pH com a adição da mesma quantidade de ácido ou de base? JUSTIFIQUE. R: Quanto maior for a concentração das
espécies químicas do equilíbrio do tampão, maior será a eficiência do tampão em manter o pH inicial após a adição de ácido ou base.
DADO:
Passo 1
O enunciado dá uma solução tampão e pede quatro coisas. Vou listar exatamente o que foi dado e o que é pedido, com todos os números explícitos para não me perder:
Dados fornecidos:
Foi também dado:
Nos itens (b) e (c) a adição é feita em
da solução-tampão original: adiciona-se
de HCl (item b) ou
de NaOH (item c). Como o volume é
, posso trabalhar com molaridades e com moles diretamente (mol
mol L
para 1 L).
O que é pedido:
a. Calcular o valor do pH da solução tampão inicial.
b. Calcular o pH após adição de de HCl em
da solução tampão do item (a) e a variação percentual do pH.
c. Calcular o pH após adição de de NaOH em
da solução tampão do item (a) e a variação percentual do pH.
d. Comparar a eficiência (qual teve maior variação de pH) entre as soluções tampão das questões 03 e 05 e justificar (o enunciado pede justificativa geral sobre eficiência de tampões).
a. Calcular o valor do pH da solução tampão inicial.
b. Calcular o pH após adição de
c. Calcular o pH após adição de
d. Comparar a eficiência (qual teve maior variação de pH) entre as soluções tampão das questões 03 e 05 e justificar (o enunciado pede justificativa geral sobre eficiência de tampões).
No próximo passo eu explico a fórmula que vou usar (Henderson–Hasselbalch), mostro de onde vem e já calculo o
.
Passo 2
Explicando a Equação de Henderson–Hasselbalch de forma didática (passo a passo, sem pular etapas):
- Começo do equilíbrio ácido fraco: para o ácido acético,
A constante de dissociação ácida é
Aqui:
-
é a constante de acidez (dada no enunciado). -
é a concentração de prótons livre na solução. -
é a concentração do sal (base conjugada). -
é a concentração do ácido não dissociado.
- Tomando logaritmo negativo de ambos os lados e reorganizando, define-se
e também
A partir da expressão de
e usando as definições de
e
, chega-se à forma conveniente:
Esta é a Equação de Henderson–Hasselbalch. É prática porque, para tampões, normalmente
e
são conhecidas (ou facilmente deduzíveis), e assim o pH sai direto.
- O que significa cada termo nesta equação:
-
: o que queremos calcular. -
: propriedade intrínseca do ácido (quanto menor , mais forte o ácido). - A razão
: dá a tendência de deslocamento do equilíbrio; se houver mais base conjugada que ácido, o pH será maior que o , e vice-versa.
- Cálculo prático do
com o valor fornecido:
Faço a conta em etapas:
e
, então
logo
Esse valor de
será usado nas contas do pH.
Agora aplico essa equação ao item (a).
Passo 3
Resolução do item (a): pH do tampão inicial.
Uso diretamente Henderson–Hasselbalch:
Substituo os números (as concentrações estão em mol L
, que podem ser usadas diretamente na razão):
Calculo a razão:
Agora o logaritmo:
Somando:
Arredondando para duas casas decimais (como é costume em pH):
Passo 4
Resolução do item (b): adição de
de HCl em
da solução tampão inicial.
- Entendimento da reação e estequiometria: HCl é um ácido forte; ao ser adicionado, o próton (
) reage quase instantaneamente com a base conjugada formando mais ácido acético:
Portanto, cada mol de HCl consome 1 mol de
e forma 1 mol de
.
- Contas com moles (como o volume é
, as concentrações iniciais equivalem a moles):
Moles iniciais:
Adição:
Após reação:
Como o volume final é aproximadamente
(adição de 0,100 mol de soluto não altera significativamente o volume na conta prática de tampões em problemas de prova), as concentrações finais em mol L
são numericamente iguais aos moles acima.
- Uso de Henderson–Hasselbalch com as novas concentrações:
Calculo da razão:
Logaritmo:
Somando:
- Variação percentual do pH (usando os valores arredondados para relatório, como é comum em provas):
Valor inicial usado:.
Valor final:.
Diferença absoluta:.
Variação percentual (redução):
Passo 5
Resolução do item (c): adição de
de NaOH em
da solução tampão inicial.
- Entendimento da reação e estequiometria: NaOH é base forte; o
reage com o ácido acético:
Cada mol de NaOH consome 1 mol de
e forma 1 mol de
.
- Moles iniciais (novamente, volume
):
Adição:
Após reação:
- Aplicando Henderson–Hasselbalch:
Calculo da razão:
Logaritmo:
Somando:
- Variação percentual (aumento) usando os valores arredondados:
Valor inicial:.
Valor final:.
Diferença absoluta:.
Variação percentual (aumento):
Passo 6
Resolução do item (d): comparação entre tampões (questões 03 e 05) — qual teve maior variação no valor do pH com a mesma adição de ácido ou base? Justificativa didática:
- Regra geral e intuição: a eficiência de um tampão (a sua “capacidade tampão”) depende não só da razão
mas também das concentrações absolutas das espécies envolvidas. Dois pontos importantes:
- Tampões com as mesmas razões
mas com concentrações maiores (por exemplo, e em vez de e ) resistem melhor à adição de ácido ou base porque há mais quantidade (mais mols) de ácido e base conjugada disponíveis para reagir com o ácido forte ou a base forte adicionados. - Assim, dada a mesma quantidade de ácido ou base forte adicionada, o tampão com maiores concentrações absolutas terá menor variação de pH.
- Conclusão para o enunciado: entre as soluções tampão das questões 03 e 05, aquela que tem maiores concentrações das espécies do equilíbrio (maior quantidade molar de ácido e/ou de base conjugada) será a que apresentou menor variação de pH; a que tiver menores concentrações sofrerá maior variação. Em outras palavras, quanto maior for a concentração das espécies químicas do equilíbrio do tampão, maior será a eficiência do tampão em manter o pH inicial após a adição de ácido ou base — exatamente a justificativa pedida.
Resposta
a.
b. ; Redução de
c. ; Aumento de
d. Quanto maior a concentração das espécies químicas do equilíbrio do tampão, maior a eficiência do tampão e menor a variação de pH ao adicionar a mesma quantidade de ácido ou base (logo, a solução com maiores concentrações sofre menor variação).
b.
c.
d. Quanto maior a concentração das espécies químicas do equilíbrio do tampão, maior a eficiência do tampão e menor a variação de pH ao adicionar a mesma quantidade de ácido ou base (logo, a solução com maiores concentrações sofre menor variação).