Conceitos sobre solução tampão e sua importância

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INSTITUTO FEDERAL DO NORTE DE MINAS GERAIS 
KAMILA MARCIANO DE SOUZA 
 
 
 
 
 
 
 
SOLUÇÃO TAMPÃO 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ARINOS –MINAS GERAIS 
2016 
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INSTITUTO FEDERAL DO NORTE DE MINAS GERAIS 
KAMILA MARCIANO DE SOUZA 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
SOLUÇÃO TAMPÃO 
PROFESSOR: PAULO MATRANGOLO 
 
 
 
 
 
 
 
 
ARINOS –MINAS GERAIS 
2016 
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INTRODUÇÃO 
A fim de facilitar o entendimento para o conteúdo a seguir, é importante 
esclarecer alguns conceitos básicos da química geral que serão citados a seguir. 
Podemos começar com as definições de ácido e base: 
Para o ácido existem dois conceitos. O primeiro de Arrhenius dizia: “Ácido é 
toda substância que em solução aquosa libera como cátion o íon hidrogênio (H+)”. 
Brönsted e Lowry diziam que: “Um ácido é um doador de prótons, um substância que 
pode transferir um próton para outra”. 
E para base, Arrhenius dizia que “Base é toda substância que em solução 
aquosa se dissocia liberando ânion oxidrila (OH-)”. Já para Brönsted e Lowry: “Base 
é um receptor de prótons. Um ácido pode transferir um próton para uma base”. 
Além disso a definição de pH também se faz importante nessa pesquisa, o pH 
é a sigla usada para potencial (ou potência) hidrogeniônico, porque se refere à 
concentração de [H+] (ou de H3O+) em uma solução. Assim, o pH serve para nos 
indicar se uma solução é ácida, neutra ou básica. A escala de pH varia entre 0 e 14 
na temperatura de 25ºC. Se o valor do pH for igual a 7 será neutro. Mas se o pH for 
menor que 7, será ácido, e se for maior que 7, básico. 
 
 
 
 
 
 
 
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Solução tampão 
Uma solução tampão, solução tamponada ou simplesmente tampão é aquela 
solução capaz de manter aproximadamente constante o valor do seu pH quando é 
adicionado à ela um ácido ou base ou quando uma diluição ocorre. Podemos dizer 
que a concentração do íon Hidrogênio não sofre grandes alterações devido à adição 
de substâncias ácidas ou básicas. 
Embora haja outros tipos de solução tampão, estas soluções são constituídas 
geralmente de uma mistura de um ácido fraco e sua base conjugada (exemplo: ácido 
acético e acetato de sódio), ou da mistura de uma base fraca e seu ácido conjugado 
(exemplo: amônia e cloreto de amônio). A solução tampão pode ser constituída de um 
ácido fraco e um sal solúvel de mesmo ânion que esse ácido e as constituídas por 
uma base fraca e um sal solúvel de mesmo cátion que essa base. 
A função de um agente tamponador é conduzir uma solução ácida ou alcalina 
a um certo pH e prevenir a mudança deste pH. Essa resistência do pH é resultado do 
equilíbrio entre as espécies participantes do tampão. Usando o princípio de “Le 
Chatelier" quando se provoca uma perturbação sobre um sistema em equilíbrio, este 
se desloca no sentido que tende a anular esta perturbação, procurando ajustar-se a 
um novo equilíbrio”, portanto um agente tamponador sustenta esta faixa de 
concentração por prover o ácido ou base conjugada correspondente para estabilizar 
o pH ao que está sendo adicionado. 
Existe, porém um limite para as quantidades de ácido ou de base adicionadas 
a uma solução tampão antes que um dos componentes seja totalmente consumido. 
Este limite é conhecido como a capacidade tamponante de uma solução tampão e é 
definido como a quantidade de matéria de um ácido ou base forte necessária para que 
1 litro da solução tampão sofra uma variação de uma unidade no pH. 
Capacidade tamponante 
A capacidade tamponante é a quantidade de íons hidrônio ou hidróxido que 
um tampão pode absorver sem uma mudança significativa em seu pH. 
 = d Cb = - d Ca 
 d pH d pH 
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Onde Ca e Cb são o número de mols de ácido forte e de base forte por litro 
necessários para produzir a mudança de uma unidade no pH. Quanto maior for o valor 
de , mais resistente a variação de pH será a solução. 
 A característica mais notável da capacidade tamponante é que ela 
alcança um máximo quando pH = pKa, ou seja, um tampão é mais eficaz em resistir 
a mudança de pH quando pH = pKa, isto é, [HÁ] = [A-]. 
 Na escolha de um tampão para um experimento, deve-se buscar um cujo 
pKa seja o mais próximo possível do pH desejado. A faixa de pH útil de um tampão 
geralmente é considerada pKa 1unidade de pH. A capacidade tamponante também 
pode ser aumentada aumentado a concentração do tampão. 
 Essa capacidade tamponante depende de dois aspectos: 
 Influência do pH ou pKa: Quanto mais próximo o pH do tampão 
estiver do pKa do ácido fraco, melhor a capacidade tamponante da solução 
tampão, ou seja, esta poderá resistir a variações no pH com a adição de ácidos 
ou bases. Um tampão eficaz tem pH = pKa ±1. Quando o pH da solução tampão 
for igual ao pKa do ácido a solução terá igual capacidade em relação às adições 
de ácido ou de base. Já se o pH do tampão estiver abaixo do pKa, a 
capacidade tamponante do ácido será maior que a capacidade tamponante da 
base. 
 Exemplo: Para o ácido acético pKa = 4,75. Uma solução de ácido 
acético e acetato de sódio funcionará como um tampão eficaz na faixa de pH 
de 3,75 – 5,75. 
 
 Influência da concentração: Quanto maior a concentração do 
ácido fraco e sua base conjugada, maior a capacidade tamponante. 
Exemplo: Podemos preparar uma solução tampão dissolvendo 1,0 mol 
de CH3COONa e de CH3COOH em 1L de água ou então usar somente 0,10 
mol de cada. Entretanto, a primeira solução tampão tem uma capacidade 
tamponante dez vezes maior do que a segunda. 
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Calculo do pH de um tampão 
 
O cálculo do pH de uma solução tampão é realizado a partir da equação 
de Henderson Hasselbach. A equação de Henderson-Hasselbach é uma 
relação matemática entre o pH, o pKa de um ácido fraco e as concentrações 
do ácido fraco e sua base conjugada. Supondo um ácido fraco HA e sua base 
conjugada A-: 
 
 
 Tipos de solução tampão 
 
 Ácido fraco + sal derivado de ácido fraco e base forte 
 Base fraca + sal derivado de base fraca + ácido forte 
 Dois sais 
 Adição de ácido forte ou base forte a um sal 
 
Tampão bicarbonato: Um caso especial de sistema tampão de grande 
importância nos mamíferos é o bicarbonato/ácido carbônico. 
 
 
O plasma sanguíneo é tamponado em parte pelo sistema tampão do 
bicarbonato, consistindo em ácido carbônico (H2CO3) como doador de prótons (Ka é 
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a primeira de várias constantes de equilíbrio no sistema de tamponamento do 
bicarbonato. 
 
 
Este sistema tampão é o mais complexo do que outros pares de ácido-base 
conjugados porque um de seus componentes, ácido carbônico(H2CO3), é formado a 
partir de dióxido de carbono dissolvido (d) e água, em uma reação reversível. O pH 
de uma solução tampão de bicarbonato depende da concentração de H2CO3 e HCO-
3, os componentes doador e receptor de prótons. A concentração de CO2 na fase 
gasosa, ou da pressão arterial de CO2, designada por pCO2. Portanto, o pH de um 
tampão de bicarbonato exposto a uma fase gasosa é determinado pela concentração 
de HCO-3 na fase aquosa e por CO2 na fase gasosa. 
 
 
Tampão fosfato: Age no citoplasma de todas as células e consiste de um 
ácido fraco/base conjugada 
 
 
O sistema tampão de fosfato é mais efetivo em um pH perto de seu pKa de 
6,86 e portanto tende a resistir a mudanças de pH em um intervalo de 5,9 e 7,9. Este 
portanto um tampão efetivo em fluídos biológicos, em mamíferos, por exemplo, fluídos 
extracelulares e a maioria dos compartimentos citoplasmáticos têm um pH no intervalo 
de 6,9 a 7,4. 
 
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Tampão de proteínas: Asproteínas apresentam uma grande capacidade 
tamponante. Composta de aminoácidos ligados entre si por ligações peptídicas, as 
proteínas contêm vários grupos ionizáveis nas cadeias laterais que podem doar ou 
aceitar prótons. Como as moléculas de proteínas estão presentes em significantes 
concentrações nos organismos vivos, elas são tampões poderosos. Por exemplo, a 
hemoglobina é a mais abundante biomolécula nas células sanguíneas e exerce um 
importante papel na manutenção do pH no sangue. Também presentes em altas 
concentrações e auxiliares na manutenção do pH são a albumina e outras proteínas 
séricas. 
A tabela abaixo mostra alguns dos tampões importantes no organismo vivo e as 
suas quantidades relativas: 
 
 
 
 
 
 Características de tampões 
 
 Mecanismos de ação de um tampão 
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Adição de ácido: Se um ácido for adicionado a um tampão, ocorrerá uma 
elevação da concentração dos íons H+ no meio (uma perturbação ao equilíbrio); de 
acordo com o princípio de Le Chatelier, essa perturbação será neutralizada pela base 
conjugada do tampão, restabelecendo o estado de equilíbrio, e o pH da solução irá 
variar pouco, conforme a reação abaixo: 
 
Adição de base: Se uma base for adicionada a um tampão, ocorrerá uma 
elevação da concentração dos íons OH– no meio (uma perturbação ao equilíbrio); de 
acordo com o princípio de Le Chatelier, essa perturbação será neutralizada pelo ácido 
acético do tampão, restabelecendo o estado de equilíbrio, e o pH da solução irá variar 
pouco, conforme a reação abaixo: 
 
 
Importância da solução tampão 
Quase todos os processos biológicos são dependentes do pH, uma pequena 
mudança no pH produz uma grande mudança na velocidade do processo. Isto é válido 
não somente para as muitas reações nas quais íons de H+ são participantes diretos, 
mas também para aquelas nas quais não existe aparentemente um papel para os íons 
de H+. As enzimas que catalisam as reações celulares, e muitas das moléculas nas 
quais elas agem, contêm grupos ionizáveis com valores de pKa característicos. Os 
grupos amino e carboxil protonados de aminoácidos e os grupos fosfatos de 
nucleotídeos, por exemplo, agem como ácidos fracos, o seu estado iônico é 
determinado pelo seu pH do meio circundante. 
As células e organismos mantêm um pH citosólico específico e constante, em 
geral perto de um pH 7, mantendo biomoléculas em um estado iônico otimizado. Em 
organismos multicelulares, o pH dos fluídos extracelulares também é rigorosamente 
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regulado. A constância do pH é atingida principalmente por tampões biológicos: 
misturas de ácidos fracos e suas bases conjugadas. 
Os fluidos extracelulares ou intracelulares de organismos multicelulares tem 
como característica um pH quase constante. A primeira linha de defesa dos 
organismos contra mudanças de pH é proporcionada por sistemas tampão. O 
citoplasma da grande maioria das células contém altas concentrações de proteínas, 
contendo muitos aminoácidos com grupos funcionais que são ácidos fracos ou bases 
fracas. Além disso o conceito de tampão é aplicado nas diversas áreas do 
conhecimento. Bioquímicos utilizam tampões devido às propriedades de qualquer 
sistema biológico ser dependente do pH; além disso, em química analítica e industrial, 
o controle adequado do pH pode ser essencial na determinação das extensões de 
reações de precipitação e de eletrodeposição de metais, na efetividade de separações 
químicas, nas sínteses químicas em geral e no controle de mecanismos de oxidação 
e reações eletródicas. A natureza também utiliza soluções tampão em diversos 
lugares. Um exemplo de solução tampão é o plasma sanguíneo dos seres humanos. 
Assim, muitos processos industriais e fisiológicos requerem um pH fixo para que 
determinada função seja desempenhada. Por exemplo, o sistema tampão HCO3- –> 
H2CO3 é importante fisiologicamente, uma vez que controla o transporte de CO2 no 
sangue e o pH do mesmo. Na prática todo material vivente depende de enzimas para 
controlar e dirigir as reações químicas que são fundamentais à vida das mesmas. A 
atividade destas enzimas sustentadoras da vida depende criticamente do pH. 
Nucleotídeos como ATP, assim como muitos metabólitos de baixa massa 
molecular, contêm grupos ionizáveis que podem contribuir para o poder tamponante 
do citoplasma. Algumas organelas altamente especializadas e compartimentos 
extracelulares apresentam altas concentrações de compostos que contribuem para a 
capacidade de tamponamento: ácidos orgânicos tamponam o vacúolo das células das 
plantas, amônia tampona a urina. Dentre os fluidos biológicos, a saliva também 
constitui uma solução tampão, com a função de neutralizar os ácidos presentes na 
boca, evitando o desenvolvimento de bactérias que formam a placa bacteriana. 
 
 
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Referências bibliográfica 
 LEHNINGER, A. L. Princípios de bioquímica. 5 
ed. Porto Alegre: Sarvier, 2011.p.59-63. 
 MOTTA, V. T. Bioquímica básica. 2 ed. Cap 01, 
2011. 
 FIORUCCI, A. R.; SOARES, M. H.; 
CAVALHEIRO, É. T. Conceitos sobre solução tampão. 
Química nova na escola, maio 2001. 
 SARAN, L. M. Solução tampão. FCAV/ UNESP 
Jaboticabal.