Resumo de Química Analítica - Cálculo de pH de Solução Tampão Ácida

Prévia do material em texto

Cálculo de pH de solução
tampão ácida
Nota: sempre que temos um ácido fraco junto
com o sal da sua base conjugada, temos uma
solução tampão ácida. STA: ácido fraco
coexistindo (/) com o sal da sua base conjugada
Expressão geral para o cálculo do pH
de uma STA.
● HA + H2O ⟺ H3O+ + A-
Solução ácida: tem Ka
Ka= [H3O+][A-] isola hidrônio
[HA]
[H3O+]=Ka.[HA] (-log)
[A-] (+) -> inverte a fração
-log [H3O+] = -log Ka - log [HA] de log
[A-]
pH= pKa + log [A-]
[HA]
ex:
300 mL HF 0,200 mol.L-1 (Ka=6,31.10^-4) +
250 mL NaOH 0,150 mol.L-1
HF + NaOH ⟺ NaF + H2O
60 37,5 0
-37,5 -37,5 +37,5
22,5 0 37,5
para o cálculo do pH: contribuem H2O, NaF e
HF (despreza H2O). NaOH não contribui pois
é totalmente consumida.
[NaF]=37,5/550=6,82.10^-2 mol/L
[HF]=22,5/550=4,09.10^-2 mol/L
STA: HF/NaF
pH= (-log 6,31.10^-4) + log 6,82.10^-2
4,09.10^-2
pH= 3,20 + 0,222 =3,42
OU
pH= (-log 6,31.10^-4)+log 37,5/550=3,42
22,5/550
Nota: corta volume com volume
Nota: [A-]/[HA]= razão sal/ácido
STA: HA/A- -> pH= pKa+log[A-/[HA] ou
pH= pka+log mmolsal/mmolác
Nota: quando sobra um forte, desprezamos a
contribuição de todas as outras espécies.
SOLUÇÃO TAMPÃO ÁCIDA
1) HA slç + A- slç*
2) HA slç + A- (s)*
3) HA slç + HO- slç**
4) HA slç + HO- (s)**
*preparo por mistura direta do par
conjugado
**preparo por reação
Nota: pH=pKa+log[A-]/[HA]
pH-pKa= log[A-]/[HA]
=[A-] (para sumir com log)10𝑝𝐻−𝑝𝐾𝑎
[HA] utilizada para qualquer
tampão ácido
[A-]= mmolsal/vtotal= CsVs/Vtotal
[HA] mmolácido/vtotal CaVa/Vtotal
Preparo:
1) Como preparar 500 mL de uma
solução tampão ácida cujo pH é 5,0 a
partir de uma solução de HAc 2
mol/L (Ka=1,75.10^-5) e uma
solução de NaAc 1,5 mol/L
Vf=500,00 mL pH=5,0
HAc 2mol/L = Ca (Ka=1,75.10^-5)
NaAc 1,5 mol/L = Cs
incógnitas:precisa saber o volume de sal para
misturar com o volume de ácido p/ que tenha
no �nal Vf=500,00 de solução
[A-]= = =10𝑝𝐻−𝑝𝐾𝑎 105−4,76 101,74
[HAc]
CsVs/VT = 1,74 Nota: cortar VT com VT
CaVa/VT
1,5 . Vs = 1,74
2 . Va montando um sistema
Va + Vs = 500
Vs= 500 - Va
1,5 . (500 - Va) = 1,74
2 . Va
750 - 1,5Va = 1,74
2 . Va
750 - 1,5Va = 2Va . 1,74
750 - 1,5Va = 3,48Va
750= 3,48Va + 1,5Va
Va = 750 = 150,6 mL
4,98
Vs= 500 - Va = 500 - 150,6 = 349,4 mL
Então, para preparar esse tampão:
150,6 mL HAc 2 mol/L +
349,4 mL NaAc 1,5 mol/L
2)
Vf=250,00 mL
pH= 5,5
HAc 1,5 mol/L = Ca (pKa= 4,76) (slç)
NaAc (s) (MM=82g/mol)
incógnitas: quantidade em volume (Va) e massa
em gramas (pois o sal está sólido)
[A-]= = =5,5010𝑝𝐻−𝑝𝐾𝑎 105,5−4,76
[HAc]
CsVs/VT = 5,50 Nota: cortar VT com VT
CaVa/VT
CsVs= 5,50 -> mmolsal=5,50
1,5Va 1,5Va
mmolsal = 5,50 -> mmolsal = 5,50
1,5 . 250 375
mmolsal = 5,50 . 375
mmolsal = 2,06
Nota: 1 L = 1000 mL
1 mol = 1000 mmols
1000 mmol = 82g
2,06 mmol = x
x= 82 . 2,06 = 0,16892 = 169,1g
1000
Então, para preparar esse tampão:
solubilizar 169,1g de NaAc em 250mL de HAc
1 mol/L, desprezando a variação de volume*.
*variação de volume: no pescoço do balão
existe a marca de aferição. Ao avolumar
esse balão, pegando os 250 mL de ácido, de
forma que a parte inferior do menisco
tangencie a marca de aferição, é nesse
volume que será solubilizado 169,1g de
acetato de sódio, subindo o menisco pois
está aumentando o que tem dentro do balão.
Essa variação de volume é desprezada pois
precisamos fazer a aproximação 1,5.Va,
dizendo que Va é o volume total do tampão.
3)
Vf=1000,00 mL
pH= 4,5
HAc 1,8 mol/L = Ca (pKa= 4,76) (slç)
NaOH 1,3 mol/L = Cb formado por reação
incógnitas:precisa saber o volume da base para
misturar com o volume de ácido
HAc + NaOH ⟺ NaAc + H2O
CaVa CbVb 0
-CbVb -CbVb +CbVb
CaVa-CbVb 0 CbVb
[HAc] no tampão= CaVa-CbVb
VT
[NaAc] no tampão= CbVb = CsVs
VT VT
Nota: para ser uma solução tampão, as
espécies que devem coexistir são o par
conjugado (ácido junto com o sal), então não
pode sobrar base, pois a sobra de base
in�uencia no cálculo do pH, então toda a
base deve ser consumida.
[NaAc]= = =0,55010𝑝𝐻−𝑝𝐾𝑎 104,5−4,76
[HAc]
CbVb/VT =0,550 Nota: cortar VT com VT
CaVa-CbVb/VT
CbVb= 0,550 -> 1,3Vb=0,550
CaVa-CbVb 1,8Va-1,3Vb
Va+Vb=1000
Va=1000 - Vb
1,3Vb= 0,550 -> 1,3Vb=0,550
1,8(1000-Vb)-1,3Vb 1,800-1,8Vb-1,3Vb
1,3Vb= 0,550
1,800-3,1Vb
1,3Vb=0,550 (1800-3,1Vb)
1,3Vb= 990 - 1,705Vb
1,3Vb + 1,705Vb = 990
Vb= 990 = 329,5 mL
3,005
Va= 1000 - Vb= 1000-329,5 = 670,5 mL
4)
Vf= 500,00 mL (aproxima a Va)
pH= 3,95 estoque
HAc 1,6 mol/L = Ca (pKa=4,76) (slç)
NaOH (s) (MM= 40g/mol)
incógnitas: quantidade em volume (Va) e massa
em gramas (pois a base está sólida)
HAc + NaOH ⟺ NaAc + H2O
CaVa CbVb 0
-CbVb -CbVb +CbVb
CaVa-CbVb 0 CbVb
Nota: para ser uma solução tampão, as espécies
que devem coexistir
[sal] no tampão=CbVb/VT
[ácido] no tampão=CaVa-CbVb/VT
razão sal/ácido:
[NaAc]= = =0,15510𝑝𝐻−𝑝𝐾𝑎 103,95−4,76
[HAc]
CbVb/VT = 0,155 Nota: cortar VT com VT
CaVa-CbVb/VT
CbVb= 0,155 -> mmolbase=0,155
CaVa-CbVb 1,6 . 500 -mmolbase
mmolbase =0,155
800 - mmolbase
mmolbase = 0,155 (800 - mmolbase)
mmolbase = 124 - 0,155mmolbase
mmolbase = 124 = 107,4 mmols
1,155
1000 mmol = 40g
107,4 mmol = x
x= 40 . 107,4 = 4,29g de NaOH
1000
Então, para preparar esse tampão:
solubilizar 14,29g de NaOH em 500mL de
HAc 1,6 mol/L, desprezando a variação de
volume.