Suponha que se queira preparar uma solução tampão, responda.
a. Qual a quantidade de NaAc (massa) que eu devo adicionar a 100 mL de solução de HAc
para um tampão de
gramas
b. Qual a quantidade de
(massa) eu devo adicionar a 100 mL de uma solução de
par ao preparo de uma solução de pH 9 ? (
gramas)
c. Qual seria o pH onde o meio tamponante é o mais eficiente? Justifique a sua resposta.
a. Qual a quantidade de NaAc (massa) que eu devo adicionar a 100 mL de solução de HAc
b. Qual a quantidade de
c. Qual seria o pH onde o meio tamponante é o mais eficiente? Justifique a sua resposta.
Passo 1
O enunciado pede três coisas, e nos dá dados para cada item. Vou listar com calma para não se perder:
-
(a) Queremos preparar um tampão com
a partir de de solução de ácido acético ( ) de concentração . O sal que fornece o íon acetato é o acetato de sódio . Pergunta: qual a massa de a adicionar? (Resposta de conferência fornecida: .) -
(b) Queremos preparar um tampão com
a partir de de solução de amônia de concentração . O sal que fornece é o cloreto de amônio . Pergunta: qual a massa de a adicionar? (Resposta de conferência fornecida: .) -
(c) Pergunta geral: em que
o meio tamponante é o mais eficiente? Peço justificativa.
Dados numéricos que vamos usar explicitamente:
Também vou usar valores usuais de
:
Passo 2
Conceito e fórmula que vamos usar (a ferramenta principal): a equação de Henderson–Hasselbalch para um tampão ácido (ácido fraco
e sua base conjugada
):
Explicando essa fórmula de forma simples:
-
é o logaritmo negativo da concentração de . -
é , onde mede a força do ácido fraco na reação . -
é a concentração da base conjugada (aqui vinda do sal, por ex. ). -
é a concentração do ácido não dissociado (aqui ).
Rearranjando a equação, quando conhecemos
e
podemos calcular a razão entre as espécies:
Na prática, para preparar o tampão a partir de uma solução de
e adicionando o sal
(que fornece [A^-]), calculamos os mols necessários de
a partir dos mols iniciais de
e, em seguida, transformamos mols em massa usando a massa molar do sal.
Observação prática: em soluções diluídas e volumes moderate, podemos usar as concentrações proporcionais aos mols, porque o volume final não muda muito ao adicionar pequena massa de sal sólido; aqui vou trabalhar com mols diretos (mols em 0{,}100 L) — isso é o procedimento padrão em prova.
Passo 3
- Mols de
presentes inicialmente:
- Razão
necessária (usando e ):
- Mols de
(isto é, de acetato) necessários:
- Massa molar do acetato de sódio
(soma das massas atômicas aproximadas):
- Converter mols em massa:
Comentário prático: valores ligeiramente diferentes (por exemplo
do enunciado) aparecem se você usar outro valor de
(algumas tabelas dão
ou
) ou se arredondar de modo diferente. A metodologia é a mesma.
Passo 4
- Mols de
presentes inicialmente:
- Razão
necessária (usando e ):
- Mols de
(vindos do ) necessários:
- Massa molar do
:
- Converter mols em massa:
Comentário prático: novamente, diferenças como
no enunciado podem surgir por uso de outro valor de
, outro valor de massas atômicas ou diferentes arredondamentos. O raciocínio é o mesmo.
Passo 5
Explicação didática e intuitiva:
- A “eficiência” (ou capacidade tamponante) de um tampão mede o quanto o pH varia quando adicionamos um pouco de ácido forte ou base forte. Quanto menor a variação de pH para a mesma adição, melhor o tampão.
- Da equação de Henderson–Hasselbalch:
se
então
e portanto
.
Por que isso dá máxima eficiência?
- Se
há quantidades iguais de base conjugada e ácido. Assim, se você adicionar um pouco de ácido forte, a base conjugada neutraliza parte dele; se adicionar base forte, o ácido neutraliza parte dele. Como as quantidades são iguais, o tampão “tem reserva” quase simétrica para neutralizar ambos os tipos de adições — isso maximiza a resistência do pH a mudanças. - Formalmente, a capacidade tamponante (β) como função da razão
é máxima quando essa razão é , i.e., quando .
Conclusão prática: o tampão é mais eficiente quando
do par ácido/base. Exemplos numéricos:
- Para o tampão ácido acético/acetato: máxima eficiência perto de
. - Para o tampão amônia/amônio: máxima eficiência perto de
.
Resposta
(a)
(b)
(c) O tampão é mais eficiente quando
do par ácido/base (ex.: acético
; amônio
).