Solucao tampao (1)

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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 585,2 mL de solução de ácido acético 2 moL/L com 414,8 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 determinandoa 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 = 261,3 mmols 
» Cálculo da massa de cloreto de amônio:
m(g) = (53,5 g x104,1 mmols)/1000 mmols = 5,57 g
» Para se preparar esta solução tampão deve-se solubilizar 5,57 g de acetato de sódio em 100,00 mL de solução 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/ácido 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.
Como preparar:
250,00 mL de uma solução-tampão com pH 3,5 a partir de uma solução de ácido lático 4 moL/L (C3H6O3; 90 g/mol; pka = 3,85) e de uma solução de lactato de sódio 2 moL/L (C3H5O3Na; 112 g/mol). (Misturaria 132 mL da solução de ácido lático com 118 mL da solução de lactato de sódio)
500,00 mL de uma solução-tampão com pH 4,0 a partir de uma solução de ácido lático 3 moL/L (C3H6O3; 90 g/mol; pka = 3,85) e de lactato de sódio sólido (C3H5O3Na; 112 g/mol). (Solubilizaria 237 g da lactato de sódio em 500,00 mL de solução de ácido lático 3 moL/L)
1.000,00 mL de uma solução-tampão com pH 3,3 a partir de uma solução de ácido lático 5 moL/L (C3H6O3; 90 g/mol; pka = 3,85) e de uma solução de hidróxido de sódio 3 moL/L (NaOH; 40 g/mol). (Misturaria 732 mL da solução de ácido lático com 268 mL da solução de hidróxido de sódio)
100,00 mL de uma solução-tampão com pH 3,6 a partir de uma solução de ácido lático 3 moL/L (C3H6O3; 90 g/mol; pka = 3,85) e de hidróxido de sódio sólido (NaOH; 40 g/mol). (Solubilizaria 4,32 g de hidróxido de sódio em 100,00 mL de solução de ácido lático 3 moL/L)
2.000,00 mL de uma solução-tampão com pH 11 a partir de uma solução de metilamina 6 moL/L (CH5N; 31 g/mol; pkb = 3,36) e de uma solução de cloreto de metilamônio 2 moL/L (CH6NCl; 67,5 g/mol). (Misturaria 866 mL da solução de metilamina com 1.134 mL da solução de cloreto de metilamônio)
250,00 mL de uma solução-tampão com pH 9,7 a partir de uma solução de metilamina 3 moL/L (CH5N; 31 g/mol; pkb = 3,36) e de cloreto de metilamônio sólido (CH6NCl; 67,5 g/mol). (Solubilizaria 441 g de cloreto de metilamônio em 250,00 mL de solução de metilamina 3 moL/L)
500,00 mL de uma solução-tampão com pH 9,9 a partir de uma solução de metilamina 2 moL/L (CH5N; 31 g/mol; pkb = 3,36) e de uma solução de ácido clorídrico 1 moL/L (HCl; 36,5 g/mol). (Misturaria 342,9 mL da solução de metilamina com 157,1 mL da solução de ácido clorídrico)
Calcule o pH das soluções resultantes da mistura de:
40,00 mL de solução de ácido lático 0,200 moL/L (CH3CH(OH)COOH; pKa = 3,08) com 50,00 mL de solução de lactato de sódio 0,100 moL/L (pH = 2,87)
50,00 mL de ácido fluorídrico 0,200 moL/L (HF; pKa = 3,45) com 20,00 mL de solução de hidróxido de sódio 0,200 moL/L (pH = 3,27)
100,00 mL de solução de ácido fórmico 0,150 moL/L (HCO2H; pKa = 3,75) com 0,68 g de formiato de sódio 0,100 moL/L (pH = 3,57)
100,00 mL de solução de ácido cianídrico 0,200 moL/L (HCN; pKa = 9,31) com 0,32 g de hidróxido de sódio 0,100 moL/L (pH = 9,13)
Preparo de solução tampão e cálculo da variação de pH
a) Calcule o pH da solução preparada pela mistura de 140 mL de solução de ácido acético (HAc) 0,800 moL/L com 110 mL de solução de acetato de sódio (NaAc) 0,500 moL/L (Ka=1,75.10-5). (pH=4,45)
b) Calcule o pH e as concentrações das espécies que formam a solução tampão após a adição de 100 mL de água à 250 mL da solução preparada no item a. ([HAc]=0,320 moL/L; [NaAc]=0,157 moL/L; pH=4,45)
c) Calcule o pH e as concentrações das espécies que formam a solução tampão após a adição de 5 mL de HCl 0,1 moL/L à 250 mL da solução preparada no item a. ([HAc]=0,441 moL/L; [NaAc]=0,214 moL/L; pH=4,44)
 a) Calcule o pH da solução preparada pela mistura de 200 mL de solução de ácido lático (HLat) 1 moL/L com 300 mL de solução de lactato de sódio (NaLat) 1 moL/L (Ka=1,41.10-4). (pH=4,03)
b) Calcule o pH e as concentrações das espécies que formam a solução tampão após a adição de 100 mL de água à 200 mL da solução preparada no item a. ([HLat]=0,267 moL/L; [NaLat]=0,1400 moL/L; pH=4,03)
c) Calcule o pH e as concentrações das espécies que formam a solução tampão após a adição de 10 mL de HCl 0,1 moL/L à 200 mL da solução preparada no item a. ([HLat]=0,386 moL/L; [NaLat]=0,567 moL/L; pH=4,02)
ATENÇÃO: OS EXERCÍCIOS A SEGUIR SÃO APENAS PARA OS ALUNOS DA IC 608-QUÍMICA ANALÍTICA I
Como preparar:
500,00 mL de uma solução-tampãocom pH 4,0 e concentração final 0,5 moL/L a partir de uma solução de ácido acético 5 moL/L (C4O2H; 60 g/mol; pka = 4,76) e de uma solução de acetato de sódio 3 moL/L (C4O2Na; 82 g/mol). (Misturaria 42,6 mL da solução de ácido acético com 12,3 mL da solução de acetato de sódio e com 445,1 mL de água)
250,00 mL de uma solução-tampão com pH 9,5 e concentração final 0,1 moL/L a partir de uma solução de amônia 0,5 moL/L (NH3; 17 g/mol; pkb = 4,76) e de uma solução de cloreto de amônio 0,2 moL/L (NH3Cl; 51,5 g/mol). (Misturaria 7,7 mL da solução de amônia com 105,7 mL da solução de cloreto de amônio e com 136,6 mL de água)
500,00 mL de uma solução-tampão com pH 4,5 e concentração final 0,1 moL/L a partir de uma solução de ácido acético 2 moL/L (C4O2H; 60 g/mol; pka = 4,76) e de uma solução de hidróxido de sódio 1 moL/L (NaOH; 40 g/mol). (Misturaria 16,1 mL da solução de ácido acético com 17,7 mL da solução de hidróxido de sódio e com 466,2 mL de água)
250,00 mL de uma solução-tampão com pH 9,5 e concentração final 0,2 moL/L a partir de uma solução de amônia 5 moL/L (NH3; 17 g/mol; pkb = 4,76) e de uma solução de ácido clorídrico 2 moL/L (HCl; 36,5 g/mol). (Misturaria 1,54 mL da solução de amônia com 21,1 mL da solução de ácido clorídrico e com 227,4 mL de água)