Questão 1. Segundo a definição de Bronsted-Lowry, ácido são substâncias que doam prótons e bases recebem prótons. Com base neste conceito é possível determinar os valores de constantes de equilíbrio de ácidos e bases como
. A partir destas constantes é possível determinar os valores de pH de soluções em diferentes meios e concentrações. Responda as questões abaixo.
( 1,5 pontos) A partir de soluções de ácido acético
e acetato de potássio
, que volumes seriam necessários de cada uma dessas soluções para preparar 50 mL de uma solução tampão de pH 5,0 ? Considere o ka do ácido acético sendo
.
( 1,5 pontos) A partir de soluções de ácido acético
Passo 1
O que o enunciado pede: preparar
de uma solução tampão de pH
usando soluções comerciais de ácido acético
e acetato de potássio
. Precisa-se dizer quais volumes (em mL) de cada solução adicionar.
Informações fornecidas:
- Concentração da solução de ácido acético:
. - Concentração da solução de acetato de potássio (fornece
): . - Volume final desejado:
. - pH desejado:
. - Constante de ionização do ácido acético:
.
O que precisamos encontrar: volumes
(ácido acético) e
(acetato de potássio) que, misturados e completados a
, resultem no pH pedido.
Passo 2
Ferramenta principal: equação de Henderson–Hasselbalch, que relaciona pH, pKa e a razão entre as concentrações da base conjugada e do ácido:
Começamos da expressão da constante de acidez:
onde
-
é a concentração de íons hidrogênio (relacionada ao pH), -
é a concentração da base conjugada (acetato), -
é a concentração do ácido (ácido acético).
Tomando logaritmo e reorganizando, obtemos a forma útil:
onde
.
Explicação simples do que cada termo significa:
-
é o objetivo do tampão. -
é uma medida de força do ácido (quanto menor, mais forte). - A razão
diz quanto de base conjugada é necessário em relação ao ácido para obter o pH desejado.
Passo 3
Calcular
do ácido acético a partir de
:
Usando
, tem-se
Passo 4
Aplicar Henderson–Hasselbalch para obter a razão
:
Interpretação prática: para obter pH
, a concentração de acetato precisa ser
vezes a concentração de ácido acético.
Passo 5
Relacionar concentrações com volumes das soluções iniciais. Ambas as soluções são
e serão diluídas ao volume final
. Assim:
onde
,
e
em mL (usar a mesma unidade para ambos e para
).
Como
e
cancelam na razão,
Além disso, os volumes devem somar
:
Passo 6
Resolver o sistema para
e
.
Da razão:
Substituindo na soma:
Logo
E
Observação prática: arredonde os volumes de pipeta/jarro de acordo com a precisão do material (tipicamente para 0,1 mL ou 0,5 mL). O cálculo acima usou os dados com duas casas significativas; portanto
e
são valores adequados para preparar o tampão.
Resposta
Ácido acético
:
Acetato de potássio :
Acetato de potássio