Que sistema tampão terá a maior capacidade de tamponamento em \mathrm{pH} 9,0 ? (i) dimetilamina/ion dimetilamônio, (ii) amônia/íon amônio; (iii) hidroxilamina/íon hidroxilamônio; (iv) 4-nitrofenol/ion 4-nitrofenolato.

Passo 1

O enunciado pede que a gente escolha, entre quatro pares ácido-base conjugados, aquele que apresenta maior capacidade de tamponamento em \mathrm{pH}\,9,0. O conteúdo central é a relação de Henderson–Hasselbalch e o fato de que a capacidade de um tampão é máxima quando o \mathrm{pH} do meio coincide com o \mathrm{p}K_a do par ácido/base.

Passo 2

Vamos calcular ou lembrar o \mathrm{p}K_a de cada sistema:
– para amônia/ íon amônio)), usamos \mathrm{p}K_b(\mathrm{NH_3})=4,75, então
\mathrm{p}K_a(\mathrm{NH_4^+}) = 14,00 - 4,75 = 9,25.
– para dimetilamina/ íon dimetilamônio)), \mathrm{p}K_b(\mathrm{(CH_3)_2NH})\approx3,27, logo
\mathrm{p}K_a(\mathrm{(CH_3)_2NH_2^+}) = 14,00 - 3,27 = 10,73.
– para hidroxilamina/ íon hidroxilamônio)), sabe-se que
\mathrm{p}K_a(\mathrm{NH_3OH^+}) \approx 5,90.
– para 4-nitrofenol/4-nitrofenolato,
\mathrm{p}K_a(\text{4-nitrofenol}) \approx 7,15.

Passo 3

Calculamos a diferença \bigl|\mathrm{pH}-\mathrm{p}K_a\bigr| para cada par:
– amônia/amônio: \bigl|9,00-9,25\bigr|=0,25
– dimetilamina/dimetilamônio: \bigl|9,00-10,73\bigr|=1,73
– hidroxilamina/hidroxilamônio: \bigl|9,00-5,90\bigr|=3,10
– 4-nitrofenol/4-nitrofenolato: \bigl|9,00-7,15\bigr|=1,85

Passo 4

Como a capacidade de tamponamento é máxima quando \mathrm{pH}\approx\mathrm{p}K_a, o menor desvio \bigl|\mathrm{pH}-\mathrm{p}K_a\bigr| indica o sistema mais eficaz. O menor valor é 0,25, do par amônia/ íon amônio)).

Resposta

(ii) amônia/íon amônio

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