IQA 121M - Aula 16b - Equilíbrio ácido-base -Parte V

Prévia do material em texto

28/05/2015 
1 
DQA 
Profª. Aline Soares Freire 
Professor Assistente A 
EQUILÍBRIO ÁCIDO-BASE 
IQA 121 – Química Analítica 
Aula 16b 
Departamento de Química Analítica - UFRJ 
Parte V: Sistemas Tampão 
DQA 
2 
SOLUÇÃO-TAMPÃO 
SOLUÇÃO-TAMPÃO É AQUELA QUE POSSUI UM PAR 
ÁCIDO/BASE CONJUGADA (OU VICE-VERSA) RESISTENTE A 
VARIAÇÕES SIGNIFICATIVAS DE pH, QUANDO DA ADIÇÃO DE 
PEQUENAS QUANTIDADES DE UM ÁCIDO OU UMA BASE FORTE 
Quantidades PEQUENAS! Se adição muito 
grande, o sistema tampão se desfaz!!! 
28/05/2015 
2 
DQA 
3 
 Como calcular o pH de uma solução tampão? 
 Exemplo: sistema tampão genérico: HA/A- 
A- HA + H2O H3O
+ + [H3O
+] [A
-] Ka = 
[HA] 
Csal 
Cácido 
pH = pKa + log 
EQUAÇÃO DE HENDERSON-HASSELBALCH 
DQA 
4 
Será que essa solução resiste mesmo a variação de pH ? 
 
 Vamos comparar: 
Adicionar 1 mL de HCl concentrado (37 %; d = 1,19 g mL-1) a: 
 a) 1 L de água e; 
 b) 1 L de solução tampão de ácido acético / acetato de sódio, 
 ambos na concentração de 0,1 mol L-1 
 
Em água: 
 
 1 mL de HCl concentrado  10 milimoles de HCl 
 
 pH inicial da água = 7 
 pH final da água após a adição de 1 mL de HCl concentrado ? 
28/05/2015 
3 
DQA 
5 
 pH final da água após a adição de 1 mL de HCl ? 
 
 Adição de 10 milimoles de HCl em 1 L de água. 
 
 [HCl] = 0,010 / 1 = 0,010 mol L-1 
 
 [H3O
+] = 1 x 10-2 mol L-1 
 
 pH = 2 
 
 
VARIAÇÃO: de 7 para 2 ( 5 unidades de pH) 
DQA 
6 
 Em solução tampão (HOAc 0,1 mol L-1 + NaOAc 0,1 mol L-1) 
 
Adição de 10 milimoles de HCl, vai reagir com 10 milimoles de OAc-, 
formando 10 milimoles de HOAc. 
 
Antes: [HOAc] = 0,1 mol L-1 e [Ac] = 0,1 mol L-1 
 
Depois: [HOAc] = 0,11 mol L-1 e [Ac] = 0,09 mol L-1 
 
 pH = 4,76 + log CSal 
 Cácido 
 
 pH = 4,76 + log 0,09 
 0,11 
 
 pH = 4,67 
28/05/2015 
4 
DQA 
7 
 
 
VARIAÇÃO: de 4,76 para 4,67 
 
( 0,09 unidades de pH ) 
 
Resiste mesmo à variação de pH 
DQA 
8 
EXERCÍCIOS: 
 
1) Calcular o pH de uma solução tampão constituída por NH3 0,020 mol L
-1 e 
NH4Cl 0,030 mol L
-1. 
 
2) Qual será o pH desta solução tampão após a adição de 1,00 mL de solução de 
NaOH 1 mol L-1 a 1000 mL da solução tampão? 
 
Dado: Kb = 1,75 x 10
-5 
 
 
 
 
28/05/2015 
5 
DQA 
9 
EXERCÍCIO 1: Calcular o pH de uma solução tampão constituída por NH3 0,020 mol/L e NH4Cl 0,030 mol/L. 
 
 NH3 + H2O NH4
+ + OH- 
 
 Kb = [ NH4
+ ] [ OH- ] 
 [ NH3 ] 
 
Dado: Kb = 1,75 x 10
-5 
 
 [ OH- ] = Kb [ NH3 ] 
 [ NH4
+] 
 
 Como: [OH-] = Kw 
 [H3O
+] 
 
 Substituindo: Kw = Kb [NH3] 
 [H3O
+] [NH4
+] 
DQA 
10 
 [H3O
+] = Kw [NH4
+] 
 Kb [NH3] 
 
 - log [H3O
+] = - log Kw - log [NH4
+] 
 Kb [NH3] 
 
 
 pH = pKa + log [NH3] 
 [NH4
+] 
 
 Ka = 1 x 10
-14 / 1,75 x 10-5 = 5,7 x 10-10 
 
 pH = 9,24 + log 0,02 
 0,03 
 
 pH = 9,06 
EXERCÍCIO 1: Calcular o pH de uma solução tampão constituída por NH3 0,020 mol/L e NH4Cl 0,030 mol/L. 
28/05/2015 
6 
DQA 
11 
 
EXERCÍCIO 2: Adição de 1 mL de NaOH 1 mol / L a 1000 mL da solução tampão 
anterior 
 
 Adição de 1 milimol de NaOH 
 
 NH4
+ + OH- NH4OH 
 
Início: 0,030 0,020 
Final: 0,029 0,021 
 
 
 pH = 9,24 + log 0,021 
 0,029 
 
 pH = 9,10 
DQA 
12 
CAPACIDADE TAMPONANTE: 
 
Habilidade que uma solução tampão possui de resistir a variação de pH. 
 
Relacionada diretamente com a concentração total das espécies conjugadas. 
 
É definida como o número de moles de um ácido ou de uma base forte que 
causa a variação de uma unidade de pH em 1 L de solução tampão. 
28/05/2015 
7 
DQA 
13 
CAPACIDADE TAMPONANTE: 
A região de pH útil de um tampão é usualmente considerada como sendo de pH = pKa ± 1. 
DQA 
14 
EFICÁCIA DO SISTEMA TAMPÃO 
 O sistema tampão terá eficiência máxima quando pH = pKa; 
O sistema tampão deve conter concentrações elevadas do(a) ácido/base e da(o) 
base/ácido conjugado; 
Quanto maior for o volume de uma solução tampão, mais eficiente é a 
manutenção do pH; 
Uma solução tampão se mantem satisfatória dentro de uma faixa de pH definida 
pelos seguintes limites: 
 Ca = 10 Cs 
 Cs = 10 Ca 
Csal 
Cácido 
pH = pKa + log 
pH = pKa - 1 
pH = pKa + 1 
28/05/2015 
8 
DQA 
15 
 Tampão de ÁCIDOS POLIPRÓTICOS 
H2PO4
- H3PO4 + H2O H3O
+ + 
HPO4
= H2PO4
- + H2O H3O
+ + 
PO4
3- HPO4
= + H2O H3O
+ + 
Ka1 = 
[H3O
+] [H2PO4
-] 
[H3PO4] 
Ka2 = 
[H3O
+] [HPO4
=] 
[H2PO4
-] 
Ka3 = 
[H3O
+] [PO4
3-] 
[HPO4
=] 
pKa1 = 2,12 
pKa2 = 7,21 
pKa3 = 12,3