Questão 3: O cultivo de microalgas está atrelado a diversas aplicações ambientais, que vão desde a avaliação de toxicidade de ambientes aquáticos até a extração de biomassa para produção de biocombustiveis. Estudos mostram que o cultivo é mais eficiente quando o meio está tamponado
entre 7,0 e 8,5 .
a) Qual o significado e a importância da expressão "o meio precisa estar tamponado em
10 um pH entre 7,0 e 8,5 " ?
b) Considere abaixo os possiveis sistemas tampão para ser utilizados no cultivo, seguidos do Ka do ácido envolvido. Qual desses sistemas você escolheria para tamponar o meio em sua máxima eficiência? Justifique.
Sistema tampão amônia
Sistema tampão ácido lático/lactato
Sistema tampão fosfato
a) Qual o significado e a importância da expressão "o meio precisa estar tamponado em
10 um pH entre 7,0 e 8,5 " ?
b) Considere abaixo os possiveis sistemas tampão para ser utilizados no cultivo, seguidos do Ka do ácido envolvido. Qual desses sistemas você escolheria para tamponar o meio em sua máxima eficiência? Justifique.
Sistema tampão amônia
Sistema tampão ácido lático/lactato
Sistema tampão fosfato
Passo 1
Beleza, então a questão fala sobre cultivo de microalgas que precisa rolar num pH entre 7,0 e 8,5 usando um “meio tamponado”. O conteúdo aqui é de Química Analítica / Físico‐Química: sistemas tampão e como o pH se mantém estável neles. Para resolver, a gente vai precisar lembrar do conceito de tampão, da equação de Henderson–Hasselbalch e de como calcular o pKa a partir do Ka.
Passo 2
Primeiro, parte (a): “o meio precisa estar tamponado em um pH entre 7,0 e 8,5” significa que a solução contém um par ácido/base conjugada que resiste a variações de pH quando você adiciona um pouco de ácido ou de base. Isso é importante porque as microalgas são sensíveis ao pH: se ele sair dessa faixa, elas podem parar de crescer ou até morrer. Um tampão mantém o ambiente “estável” dentro daquela faixa desejada.
Passo 3
Agora, parte (b). A ideia é escolher o sistema tampão cujo pKa esteja mais próximo do pH alvo (entre 7,0 e 8,5). Vamos calcular o pKa de cada um:
-
Amônia (NH₃/NH₄⁺):
Ka = 5,7×10⁻¹⁰
pKa = −log(5,7×10⁻¹⁰) ≃ 9,24 -
Ácido lático (HLac⁻/Lac²⁻):
Ka = 1,38×10⁻⁴
pKa = −log(1,38×10⁻⁴) ≃ 3,86 -
Fosfato (H₂PO₄⁻/HPO₄²⁻):
Ka = 6,32×10⁻⁸
pKa = −log(6,32×10⁻⁸) ≃ 7,20
A regra prática do tampão é que a capacidade máxima ocorre quando pH ≃ pKa (±1 unidade de pH).
Passo 4
Comparando:
- pKa ≃ 9,24 para amônia está fora de 7,0–8,5 (fica muito acima).
- pKa ≃ 3,86 para ácido lático está muito abaixo.
- pKa ≃ 7,20 para fosfato cai bem dentro de 7,0–8,5.
Logo, o fosfato é o que “bate” melhor com a faixa de pH desejada e vai tamponar mais eficientemente nesse intervalo.
Resposta
Eu escolheria o sistema tampão fosfato (H₂PO₄⁻/HPO₄²⁻), pois seu pKa ≃ 7,20 está certinho dentro da faixa pH 7,0–8,5, garantindo a máxima eficiência de tamponamento.