Resumo sobre preparo de Solução tampão

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IC 607 T02 e T03
PREPARO DE SOLUÇÃO TAMPÃO
RESUMO
Uma solução tampão é uma solução que resiste a variações de pH quando a ela são adicionadas pequenas quantidades de ácido ou base forte ou quando são diluídas.
	Existem dois tipos de solução tampão:
Solução tampão ácida: formada pela coexistência de um ácido fraco e do sal da sua base conjugada em uma mesma solução.
Solução tampão básica: formada pela coexistência de uma base fraca e do sal do seu ácido conjugado em uma mesma solução.
Uma solução tampão ácida pode ser preparada de quatro formas diferentes:
Quando o ácido fraco e o sal da sua base conjugada estão em solução → Mistura direta (Ex. 1)
Quando o ácido fraco está em solução e o sal da sua base conjugada está na forma sólida → Mistura direta (Ex. 2)
Quando o ácido fraco e uma base forte estão em solução → Reação (Ex. 3)
Quando o ácido fraco está em solução e uma base forte está na forma sólida → Reação (Ex. 4)
Ex. 1: Como preparar 500,00 mL de uma solução tampão cujo pH é 4,5 a partir de uma solução de ácido acético 2 moL/L (Ka = 1,75.10-5) e de uma solução de acetato de sódio 1 moL/L.
Esta solução tampão é formada pela mistura direta do par conjugado: HAc/NaAc.
Inicia-se o cálculo determinando a razão sal/ácido para o tampão em questão:
pH = pKa + log [NaAc]/[HAc] » pH-pKa = log [NaAc]/[HAc] » [NaAc]/[HAc] = 10pH-pKa
Para este caso específico: [NaAc]/[HAc] = 104,5-4,76 = 10-0,26 = 0,549
(CsVs/VT)/(CaVa/VT) = 0,549 
» Corta-se VT do numerador com VT do denominador
(CsVs)/(CaVa) = 0,549
» Desta expressão conhecemos: Cs = 1 moL/L e Ca = 2 moL/L 
(1Vs)/(2Va) = 0,549 
» Temos duas incógnitas (Vs e Va), mas como sabemos que a solução tampão tem que ser preparada a partir de duas soluções (HAc 2 moL/L e NaAc 1 moL/L), concluímos que Va+Vs = VT=500
» Fazendo Vs= 500 - Va
1(500 - Va)/(2Va) = 0,549 
500 - Va = 2Va.0,549
500 - Va = 1,098Va 
500 = 1,098Va+Va
500 = 2,098Va 
Va = 238,3 mL
Vs = 500-Va = 261,7 mL
» Para se preparar esta solução tampão deve-se misturar 238,3 mL de solução de ácido acético 2 moL/L com 261,7 mL de solução de acetato de sódio 1 moL/L.
Ex. 2: Como preparar 250,00 mL de uma solução tampão cujo pH é 4,3 a partir de uma solução de ácido acético 3 moL/L (Ka = 1,75.10-5) e de acetato de sódio sólido (82 g/mol).
Esta solução tampão é formada pela mistura direta do par conjugado: HAc/NaAc.
Inicia-se o cálculo determinando a razão sal/ácido para o tampão em questão:
pH = pKa + log [NaAc]/[HAc] » pH-pKa = log [NaAc]/[HAc] » [NaAc]/[HAc] = 10pH-pKa
Para este caso específico: [NaAc]/[HAc] = 104,3-4,76 = 10-0,46 = 0,347
(CsVs/VT)/(CaVa/VT) = 0,347 
» Corta-se VT do numerador com VT do denominador
(CsVs)/(CaVa) = 0,347
» Desta expressão conhecemos: Ca= 3 moL/L 
(CsVs)/(3Va) = 0,347
» Temos três incógnitas (Cs, Vs e Va), mas podemos chamar o produto CsVs de n0 de mmols de sal:
nsal/(3Va) = 0,347
» Temos duas incógnitas (nsal e Va), mas podemos fazer uma aproximação, considerando que Va=VT
nsal/(3.250) = 0,347 » nsal = 260,2 mmols 
» Cálculo da massa de acetato de sódio:
m(g) = (82 g x260,2 mmols)/1000 mmols = 21,3 g
» Para se preparar esta solução tampão deve-se solubilizar 21,3 g de acetato de sódio em 250,00 mL de solução de ácido acético 3 moL/L, desprezando-se a variação de volume.
Ex. 3: Como preparar 1.000,00 mL de uma solução tampão cujo pH é 4,8 a partir de uma solução de ácido acético 2 moL/L (Ka = 1,75.10-5) e de uma solução de hidróxido de sódio 1 moL/L.
Esta solução tampão é formada através de uma reação que irá formar o par conjugado:
HAc + NaOH 
 NaAc + H2O
Inicia-se o cálculo determinando a razão sal/ácido para o tampão em questão:
pH = pKa + log [NaAc]/[HAc] » pH-pKa = log [NaAc]/[HAc] » [NaAc]/[HAc] = 10pH-pKa
Para este caso específico: [NaAc]/[HAc] = 104,8-4,76 = 100,4 = 1,096
Como esta solução será formada através de uma reação, temos que:
	HAc
	+
	NaOH
	
	NaAc
	+
	H2O
	CaVa
	
	CbVb
	
	0
	
	0
	- CbVb/
	
	- CbVb/
	
	+CbVb/
	
	
	CaVa- CbVb
	
	0
	
	CbVb
	
	
	Para que seja uma solução tampão, temos que ter o par conjugado coexistindo na solução final. Como deverá sobrar ácido para que este coexista com o sal formado, obrigatoriamente toda base adicionada terá que ser consumida. Considerando que a estequiometria dessa reação é de 1:1, o que sobrará de ácido é igual ao que tinha no início (CaVa) menos o que foi gasto na reação com a base (CbVb)e que foi transformado em sal. Neste caso, o n0 de mmols de sal formado (CsVs) é igual ao n0 de mmols de base adicionada (CbVb).
(CbVb /VT)/( CaVa- CbVb /VT) = 1,096 
» Corta-se VT do numerador com VT do denominador
(CbVb )/( CaVa- CbVb ) = 1,096
» Desta expressão conhecemos: Cb = 1 moL/L e Ca = 2 moL/L 
(1Vb)/(2Va-1Vb) = 1,096
» Temos duas incógnitas (Vb e Va), mas como sabemos que a solução tampão tem que ser preparada a partir de duas soluções (HAc 2 moL/L e NaOH 1 moL/L), concluímos que Va+Vb = VT=1.000
» Fazendo Va = 1000 – Vb
(1Vb)/(2(1000-Vb)-1Vb) = 1,096
(1Vb)/(2000-2Vb)-1Vb) = 1,096
(1Vb)/(2000-3Vb) = 1,096
1Vb = 1,096 (2000-3Vb)
1Vb = 2192-3,288Vb
1Vb+3,288Vb = 2192
4,288 Vb = 2192
Vb = 511 mL
Va = 1000 – 511 = 489 mL
» Para se preparar esta solução tampão deve-se misturar 489,00 mL de solução de ácido acético 2 moL/L com 511,00 mL de solução de hidróxido de sódio 1 moL/L.
Ex. 4: Como preparar 2.000,00 mL de uma solução tampão cujo pH é 4,0 a partir de uma solução de ácido acético 3 moL/L (Ka = 1,75.10-5) e de hidróxido de sódio sólido (40g/mol).
E Esta solução tampão é formada através de uma reação que irá formar o par conjugado:
HAc + NaOH 
 NaAc + H2O
Inicia-se o cálculo determinando a razão sal/ácido para o tampão em questão:
pH = pKa + log [NaAc]/[HAc] » pH-pKa = log [NaAc]/[HAc] » [NaAc]/[HAc] = 10pH-pKa
Para este caso específico: [NaAc]/[HAc] = 104,0-4,76 = 10-0,76 = 0,174
Como esta solução será formada através de uma reação, temos que:
	HAc
	+
	NaOH
	
	NaAc
	+
	H2O
	CaVa
	
	CbVb
	
	0
	
	0
	- CbVb/
	
	- CbVb/
	
	+CbVb/
	
	
	CaVa- CbVb
	
	0
	
	CbVb
	
	
Para que seja uma solução tampão, temos que ter o par conjugado coexistindo na solução final. Como deverá sobrar ácido para que este coexista com o sal formado, obrigatoriamente toda base adicionada terá que ser consumida. Considerando que a estequiometria dessa reação é de 1:1, o que sobrará de ácido é igual ao que tinha no início (CaVa) menos o que foi gasto na reação com a base (CbVb)e que foi transformado em sal. Neste caso, o n0 de mmols de sal formado (CsVs) é igual ao n0 de mmols de base adicionada (CbVb).
(CbVb /VT)/( CaVa- CbVb /VT) = 0,174 
» Corta-se VT do numerador com VT do denominador
(CbVb )/( CaVa- CbVb ) = 0,174
» Desta expressão conhecemos: Ca = 3 moL/L 
(CbVb )/( 3Va- CbVb ) = 0,174
» Temos três incógnitas (Cb, Vb e Va), mas podemos chamar o produto CbVb de n0 de mmols de base:
nbase/(3Va-nbase) = 0,174
» Temos duas incógnitas (nbase e Va), mas podemos fazer uma aproximação, considerando que Va = VT
nbase/(3.2000-nbase) = 0,174
nbase/(6000-nbase) = 0,174 » nbase = 889,3 mmols 
» Cálculo da massa de hidróxido de sódio:
m(g) = (40 g x889,3 mmols)/1000 mmols = 35,6 g
» Para se preparar esta solução tampão deve-se solubilizar 35,6 g de hidróxido de sódio em 2.000,00 mL de solução de ácido acético 3 moL/L, desprezando-se a variação de volume.
Uma solução tampão básica pode ser preparada de três formas diferentes:
Quando a base fraca e o sal do seu ácido conjugado estão em solução → Mistura direta (Ex. 1)
Quando a base fraca está em solução e o sal do seu ácido conjugado está na forma sólida → Mistura direta (Ex. 2)
Quando a base fraca e o um ácido forte estão em solução → Reação (Ex. 3)
Ex. 1: Como preparar 250,00 mL de uma solução tampão cujo pH é 9,5 a partir de uma solução de amônia 2 moL/L (Kb = 1,75.10-5) e de
uma solução de cloreto de amônio 1 moL/L.
Esta solução tampão é formada pela mistura direta do par conjugado: NH3/NH4Cl.
Inicia-se o cálculo determinando a razão sal/base para o tampão em questão:
pOH = pKb + log [NH4Cl]/[ NH3] » pOH-pKb = log [NH4Cl]/[ NH3] » [NH4Cl]/[ NH3] = 10pOH-pKb
Para este caso específico: [NH4Cl]/[ NH3] = 104,5-4,76 = 10-0,26 = 0,549
(CsVs/VT)/(CbVb/VT) = 0,549 
» Corta-se VT do numerador com VT do denominador
(CsVs)/(CbVb) = 0,549
» Desta expressão conhecemos: Cs = 1 moL/L e Cb = 2 moL/L 
(1Vs)/(2Vb) = 0,549 
» Temos duas incógnitas (Vs e Vb), mas como sabemos que a solução tampão tem que ser preparada a partir de duas soluções (NH3 2 moL/L e NH4Cl 1 moL/L), concluímos que Vb+Vs = VT = 250
» Fazendo Vs = 250 – Vb
(250 – Vb)/(2Vb) = 0,549 
250 – Vb = 0,549 . 2Vb
250 – Vb = 1,098 Vb
250 = 1,098 Vb+Vb
250 = 2,098 Vb
Vb = 119,2 mL
Vs = 250 – 119,2 = 130,8 mL
» Para se preparar esta solução tampão deve-se misturar 119,2 mL de solução de amônia 2 moL/L com 130,8 mL de solução de cloreto de amônio 1 moL/L.
Ex. 2: Como preparar 100,00 mL de uma solução tampão cujo pH é 9,3 a partir de uma solução de amônia 3 moL/L (Kb = 1,75.10-5) e de cloreto de amônio sólido (53,5 g/mol).
Esta solução tampão é formada pela mistura direta do par conjugado: NH3/NH4Cl.
Inicia-se o cálculo determinando a razão sal/base para o tampão em questão:
pOH = pKb + log [NH4Cl]/[ NH3] » pOH-pKb = log [NH4Cl]/[ NH3] » [NH4Cl]/[ NH3] = 10pOH-pKb
Para este caso específico: [NH4Cl]/[ NH3]=104,7-4,76=10-0,06=0,870
(CsVs/VT)/(CbVb/VT) = 0,870
» Corta-se VT do numerador com VT do denominador
(CsVs)/(CbVb) = 0,870
» Desta expressão conhecemos: Cb= 3 moL/L 
(CsVs)/(3Vb) = 0,870
» Temos três incógnitas (Cs, Vs e Vb), mas podemos chamar o produto CsVs de n0 de mmols de sal:
nsal/(3Vb) = 0,870
» Temos duas incógnitas (nsal e Vb), mas podemos fazer uma aproximação, considerando que Vb=VT
nsal/(3.100) = 0,870 » nsal = 261 mmols 
» Cálculo da massa de cloreto de amônio:
m(g) = (53,5 g x261 mmols)/1000 mmols = 13,96 g
» Para se preparar esta solução tampão deve-se solubilizar 13,96 g cloreto de amônio em 100,00 mL de amônia 3 moL/L, desprezando-se a variação de volume.
Ex. 3: Como preparar 500,00 mL de uma solução tampão cujo pH é 9,0 a partir de uma solução de amônia 2 moL/L (Kb = 1,75.10-5) e de uma solução de ácido clorídrico 1 moL/L.
Esta solução tampão é formada através de uma reação que irá formar o par conjugado:
NH3 + HCl 
 NH4Cl + H2O
Inicia-se o cálculo determinando a razão sal/base para o tampão em questão:
pOH = pKb + log [NH4Cl]/[ NH3] » pOH-pKb = log [NH4Cl]/[ NH3] » [NH4Cl]/[ NH3] = 10pOH-pKb
Para este caso específico: [NH4Cl]/[ NH3] = 105,0-4,76 = 100,24 = 1,74
Como esta solução será formada através de uma reação, temos que:
	NH3
	+
	HCl
	
	NH4Cl
	+
	H2O
	CbVb
	
	CaVa
	
	0
	
	0
	- CaVa/
	
	- CaVa /
	
	+ CaVa /
	
	
	CbVb-CaVa
	
	0
	
	CaVa
	
	
	Para que seja uma solução tampão, temos que ter o par conjugado coexistindo na solução final. Como deverá sobrar base para que este coexista com o sal formado, obrigatoriamente todo ácido adicionado terá que ser consumido. Considerando que a estequiometria dessa reação é de 1:1, o que sobrará de base é igual ao que tinha no início (CbVb) menos o que foi gasto na reação com o ácido (CaVa) e que foi transformado em sal. Neste caso, o n0 de mmols de sal formado (CsVs) é igual ao n0 de mmols de ácido adicionado (CaVa).
(CaVa /VT)/( CbVb-CaVa /VT) = 1,74 
» Corta-se VT do numerador com VT do denominador
(CaVa)/( CbVb-CaVa) = 1,74 
» Desta expressão conhecemos: Cb = 2 moL/L e Ca = 1 moL/L 
(1Va)/( 2Vb-1Va) = 1,74 
» Temos duas incógnitas (Va e Vb), mas como sabemos que a solução tampão tem que ser preparada a partir de duas soluções (NH3 2 moL/L e HCl 1 moL/L), concluímos que Va+Vb = VT = 1.000
(1Va)/( 2(500-Va)-1Va) = 1,74 
(1Va)/( 1000-2Va-1Va) = 1,74 
(1Va)/( 1000-3Va) = 1,74 
(1Va) = 1,74 ( 1000-3Va)
1Va =1740-5,22 Va
1Va+5,22 Va =1740
6,22 Va = 1740
Va = 279,7 mL
Vb = 500-Va = 220,3 mL
» Para se preparar esta solução tampão deve-se misturar 220,3 mL de solução de amônia 2 moL/L com 279,7 mL de solução de ácido clorídrico 1 moL/L.
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