QUESTÃO 05: Considerando uma solução tampão que contém
de
e
de
, faça o que se pede:
OBSERVAÇÃO: Resolver escrevendo os equilíbrios e sem utilizar a Equação de Henderson-Hasselbalch.
a. Calcule o valor de pH da solução tampão. R :
.
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 :
, redução de
.
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?
:
, aumento de
.
DADO:
OBSERVAÇÃO: Resolver escrevendo os equilíbrios e sem utilizar a Equação de Henderson-Hasselbalch.
a. Calcule o valor de pH da solução tampão. R :
b. Calcule o valor de pH após adição
c. Calcule o valor de pH após adição
DADO:
Passo 1
O enunciado dá uma solução tampão contendo
de
e
de
(logo
e
). Pede-se:
- (a) o valor do pH da solução tampão (sem usar a equação de Henderson–Hasselbalch explicitamente);
- (b) o pH após adição de
de HCl em da solução (ou seja, reagindo com o tampão) e a variação percentual do pH; - (c) o pH após adição de
de NaOH em da solução e a variação percentual do pH.
Foi fornecido. Vamos usar os equilíbrios e a expressão de equilíbrio para para encontrar e daí o pH.
Passo 2
Entendendo o equilíbrio relevante (aula curta e direta):
Escrevemos o equilíbrio de ionização do íon amônio:
Escrevemos o equilíbrio de ionização do íon amônio:
A constante de acidez
desse equilíbrio é definida por
Aqui:
-
é a concentração molar da base conjugada (amônia), -
é a concentração molar do ácido conjugado (íon amônio), -
é a concentração de íons hidrogênio que determina o pH.
Rearranjando a expressão obtemos uma fórmula direta para:
Observação sobre aproximação: esta expressão vem de assumir que a variação
das concentrações iniciais por ionização é pequena comparada às concentrações iniciais do tampão (justificável porque
é muito pequeno
). Assim podemos usar as concentrações iniciais quase sem alteração para calcular
. Isto é equivalente a aplicar o equilíbrio exato e desprezar
quando
concentrações iniciais; para tampões típicos essa aproximação é válida.
Passo 3
Cálculo do pH da solução tampão inicial (letra a).
Usando a fórmula obtida:
Usando a fórmula obtida:
Substituindo os valores dados:
Agora calculamos o pH:
Pequena interpretação: pH acima de 7 porque predominam a base
e o par conjugado dá caráter básico ao tampão.
Passo 4
Preparação para as partes (b) e (c): comportamento estequiométrico na adição de forte ácido/ base.
- Ao adicionar
de HCl em de tampão, o HCl (ácido forte) reage totalmente com a base :
Logo, em 1 L, as mols de
diminuem em
e as mols de
aumentam em
.
- Ao adicionar
de NaOH em do tampão, a base forte reage com o ácido conjugado :
Assim, as mols de
diminuem em
e as mols de
aumentam em
.
Como o volume final é aproximadamente (adição de 0,100 mol de ácido/base em solução concentrada é tratada como adição de volume desprezível aqui conforme enunciado), as concentrações em mol·L^{-1} mudam igualando-se às novas mols por 1 L.
Como o volume final é aproximadamente
Passo 5
Cálculo da parte (b): adição de
de HCl.
Aplicando a estequiometria:
Aplicando a estequiometria:
Usamos novamente a expressão de equilíbrio para
:
Calculando o pH:
Agora a variação percentual do pH (tomando como referência o pH inicial) é
Substituindo:
(Escolhi arredondar a porcentagem a três algarismos significativos; o sinal negativo indica redução.)
Passo 6
Cálculo da parte (c): adição de
de NaOH.
Pela estequiometria:
Pela estequiometria:
Usando a expressão de equilíbrio:
Calculando o pH:
Variação percentual do pH relativa ao pH inicial: