Ácidos e bases parte 2 - tampão

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9/30/2020
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Ácidos e bases: parte 2
Aspectos adicionais dos equilíbrios aquosos
Universidade Federal de São Paulo
Bibliografia com e-book disponível:
ATKINS, Peter. Princípios de química : questionando a vida moderna e o meio ambiente. 7. Porto Alegre ArtMed
2018 - recurso online ISBN 9788582604625 (Ebook), capítulo 6
https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788582604625/cfi/478!/4/2@100:0.00
e/ou
THEODORE L. BROWN; H. EUGENE LEMAY, Jr.; Bruce E. Bursten; Catherine J. Murphy; Patrick M. Woodward; 
Matthew W. Stoltzfus. Química: a ciência central, 13ª ed. Editora Pearson 2018 - ISBN 9788543005652 (Ebook), 
capítulo 17
https://plataforma.bvirtual.com.br/Leitor/Publicacao/484/epub/0
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Efeito do íon Comum
Qual é o efeito sobre o pH adicionando NH4Cl à 0,25 mol/L de NH3(aq)?
NH3(aq) + H2O NH4+(aq) + OH-(aq)
Aqui estamos adicionando um íon COMUN ao equilíbrio.
Vamos calcular primeiro o pH da solução 0,25 mol/L de NH3 .
[NH3] [NH4+] [OH-]
inicial 0.25 0 0
Variação -x +x +x
equilíbrio 0,25 - x x x
Kb  1.8 x 10
-5 = 
[NH4
+ ][OH- ]
[NH3 ]
 = 
x2
0.25 - x
Kb  1.8 x 10
-5 = 
[NH4
+ ][OH- ]
[NH3 ]
 = 
x2
0.25 - x
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Kb  1.8 x 10
-5 = 
[NH4
+][OH- ]
[NH3 ]
 = 
x2
0.25 - x
Kb  1.8 x 10
-5 = 
[NH4
+][OH- ]
[NH3 ]
 = 
x2
0.25 - x
pH da NH3 aquosa
Assumindo que x é << 0,25, temos
[OH-] = x = [Kb(0,25)]1/2 = 0,0021 mol/L
Isto gera pOH = 2,67
E assim o pH = 14,00 – 2,67 = 11,33 para 0,25 mol/L NH3
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Problema: qual é o pH de uma solução com 0,10 mol/L de NH4Cl e 0,25 mol/L de NH3(aq)?
NH3(aq) + H2O NH4+(aq) + OH-(aq)
Nos esperamos que o pH declinará com a adição de NH4Cl. 
[NH3] [NH4+] [OH-]
inicial 0,25 0,10 0
Mudança -x +x +x
Equilíbrio 0,25 - x 0,10 + x x
pH da mistura NH3/NH4+
Kb  1.8 x 10
-5 = 
[NH4
+][OH-]
[NH3]
 = 
x(0.10 + x)
0.25 - x
Kb  1.8 x 10
-5 = 
[NH4
+][OH-]
[NH3]
 = 
x(0.10 + x)
0.25 - x
[OH-] = x = (0,25 / 0,10)Kb = 4,5 x 10-5 mol/L
Isso gera pOH = 4,35 e pH = 9,65
pH cai de 11,33 para 9,65 sobre a adição de um íon comum.
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Solução Tampão
HCl é adicionado à água pura.
O pH vai a 1,5
HCl é adicionado à uma solução de 
um ácido fraco H2PO4- e sua base 
conjugada HPO42-.
O pH não se altera!
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Uma solução tampão é um caso especial do efeito do íon comum
A função de um tampão é resistir à mudanças de pH de uma solução.
Composição de um tampão
Acido Fraco + Base Conj. 
HOAc + OAc-
H2PO4- + HPO42-
Base Fraca + Acido Conj.
NH3 + NH4+
Solução Tampão
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Considere HOAc/OAc- para ver como o tampão funciona
ÁCIDO reage com todo o OH- adicionado
Nós sabemos que
OAc- + H2O HOAc + OH- possui Kb = 5,6 x 10-10
Portanto, a reação reversa do ácido fraco com OH- adicionado possui
Kreversa = 1/ Kb = 1,8 x 109
Kreversa é muito Grande, assim HOAc consome todo OH- !!!!
Solução Tampão
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Considere HOAc/OAc- para ver como o tampão funciona
Base CONJ. reage com todo H+ adicionado
HOAc + H2O OAc- + H3O+ possui Ka = 1,8 x 10-5
Portanto, a reação reversa da BASE fraca com H+ adicionado possui 
Kreverso = 1/ Ka = 5,6 x 104
Kreverso é Muito Grande, assim OAc- consome todo H+ !
Solução Tampão
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[HOAc] [OAc-] [H3O+]
inicial
Mudança
Equilíbrio
Assumindo que x << 0,700 e 0,600, temos
Problema: Qual é o pH de um tampão que possui [HOAc] = 0,700 mol/L e [OAc-] = 0,600 mol/L?
HOAc + H2O OAc- + H3O+ Ka = 1,8 x 10-5
0,700 0,600 0
-x +x +x
0,700 - x 0,600 + x x
[H3O+] = 2,1 x 10-5 e pH = 4,68
Ka  1.8 x 10
-5 = 
[H3O
+](0.600)
0.700
 Ka  1.8 x 10
-5 = 
[H3O
+](0.600)
0.700
 
Solução Tampão
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Note que a expressão para calcular a conc. de H+ do tampão é:
[H3O
 ]  
Orig. conc. of HOAc
Orig. conc. of OAc -
 • Ka[H3O
 ]  
Orig. conc. of HOAc
Orig. conc. of OAc -
 • Ka
Note que a conc. de H+ ou OH- depende da K e da razão das concentrações do ácido e da base.
[H3O
 ]  
[Acid]
[Conj. base]
•Ka[H3O
 ]  
[Acid]
[Conj. base]
•Ka [OH
 ]  
[Base]
[Conj. acid]
•Kb[OH
 ]  
[Base]
[Conj. acid]
•Kb
Solução Tampão
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Equação de Henderson-Hasselbalch
Tome o log negativo de ambos os lados dessa equação
[H3O
 ]  
[Acid]
[Conj. base]
•Ka[H3O
 ]  
[Acid]
[Conj. base]
•Ka
pH  pKa + log
[Conj. base]
[Acid]
pH  pKa + log
[Conj. base]
[Acid]
pH  pKa - log
[Acid]
[Conj. base]
O pH é determinado largamente pelo pKa do Ácido e então ajustado pela razão do Ácido e da base conjugada.
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Adicionando um Ácido a um Tampão
Problema: Qual é o pH quando 1,00 mL de HCl 1,00 mol/L é adicionado à:
a) 1,00 L de água pura (antes de HCl, pH = 7,00)
b) 1,00 L de tampão que possui [HOAc] = 0,700 M e [OAc-] = 0,600 mol/L (pH = 4,68)
Solução da Parte (a)
Calc. [HCl] depois da adição de 1,00 mL de HCl à 1,00 L de água.
M1•V1 = M2 • V2
M2 = 1,00 x 10-3 mol/L
pH = 3,00
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Adicionando um Ácido a um Tampão
Solução da Parte (b)
Etapa 1 — faça a estequiometria
H3O+ (do HCl) + OAc- (do tampão) ---> HOAc (do tampão)
A reação ocorre completamente porque a K é muito grande.
Solução da Parte (b): Etapa 1—Estequiometria
[H3O+] + [OAc-] ---> [HOAc]
Antes 
Mudança
Depois
0.00100 0.600 0.700
-0.00100 -0.00100 +0.00100
0 0.599 0.701
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Solução da Parte (b): Etapa 2—Equilíbrio
HOAc + H2O H3O+ + OAc-
[HOAc] [H3O+] [OAc-]
Antes
Mudança
Depois
0,701 0 0,599
-x +x +x
0,599 + xx0,701-x
Solução da Parte (b): Etapa 2—Equilíbrio
HOAc + H2O H3O+ + OAc-
[HOAc] [H3O+] [OAc-]
Depois 0,701-x +x 0,599+x 
Devido a [H3O+] = 2,1 x 10-5 mol/L antes de adicionar HCl, nos novamente negligenciamos x relativo à 
0,701 e 0,599. 
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Adicionando um Ácido a um Tampão
Solução da Parte (b): Etapa 2—Equilíbrio
HOAc + H2O H3O+ + OAc-
[H3O
 ]  
[HOAc]
[OAc - ]
• Ka  
0.701
0.599
• (1.8 x 10-5 )[H3O
 ]  
[HOAc]
[OAc - ]
• Ka  
0.701
0.599
• (1.8 x 10-5 )
[H3O+] = 2,1 x 10-5 mol/L ------> pH = 4,68
O pH não mudou sob adição de HCl ao tampão!
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Preparando um Tampão
Você quer uma solução tampão à pH = 4,30. 
Isso significa [H3O+] = 10-pH = 5.0 x 10-5 mol/L
É melhor escolher um Ácido tal que a [H3O+] seja próximo ou igual ao Ka (ou pH ≈ pKa).
—então você consegue a exata [H3O+] pelo ajuste da razão de acido à base conjugada.
[H3O
 ]  
[Acid]
[Conj. base]
•Ka[H3O
 ]  
[Acid]
[Conj. base]
•Ka
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Você quer uma solução tampão à pH = 4,30. 
Isso significa [H3O+] = 10-pH = 5,0 x 10-5 mol/L
Ácidos Possíveis Ka
HSO4- / SO42- 1,2 x 10-2
HOAc / OAc- 1,8 x 10-5
HCN / CN- 4,0 x 10-10
A melhor escolha é o acido acético/acetato.
Preparando um Tampão
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Você quer uma solução tampão à pH = 4,30. 
Isso significa [H3O+] = 10-pH = 5,0 x 10-5 mol/L
[H3O
 ]  5.0 x 10-5 = 
[HOAc]
[OAc- ]
 (1.8 x 10-5 )[H3O
 ]  5.0 x 10-5 = 
[HOAc]
[OAc- ]
 (1.8 x 10-5 )
Portanto, se você usar 0,100 mol de NaOAc e 0,278 mol de HOAc, você terá pH = 4,30.
Resolva para razão [HOAc]/[OAc-] 1
2,78
 
Preparando um Tampão
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Ex. 1
1) Descreva como prepararia um tampão fosfato com pH ~ 7,40.
R: De acordo com a eq. de Henderson-Hasselbalch, o tampão age eficazmente quando as conc. do acido e da
base conjugada forem ~ iguais, ou quando o pH desejado estiver próximo do pKa do ácido, pH = pKa.
Para o acido fosfórico, que é um ácido triprótico, as etapas de ionização são:
H3PO4(aq) H+(aq) + H2PO4- (aq) Ka1 = 7,5 x 10-3 ; pKa1 = 2.12
H2PO4- (aq) H+(aq) + HPO42- (aq) Ka2 = 6,2 x 10-8 ; pKa2 = 7,21
HPO42- (aq) H+(aq) + PO43- (aq) Ka3 = 4,8 x 10-13 ; pKa3 = 12,32
Dos 3 sistemas-tampão, o mais apropriado é HPO42-/H2PO4- , porque o pKa do ácido H2PO4- é o mais próximo do pH
desejado. Por meio da equação, temos:
 
19,0
][
][
log
][
][
log21,740,7
][
log
42
2
4
42
2
4







POH
HPO
POH
HPO
ácido
conjugadabase
pKapH
5,110
][
][ 19,0
42
2
4 

POH
HPO
aplicandoo antilog, obtemos
assim, dissolvendo 1,5 mol de Na2HPO4 e 1,0 mol de NaH2PO4 em
água para 1L de solução, obteremos o tampão com pH desejado.
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