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BibliografiaBibliografia ATKINS, Peter, JONES, Loretta.ATKINS, Peter, JONES, Loretta. Princípios de química: questionando a vida modernaPrincípios de química: questionando a vida moderna e o meio ambientee o meio ambiente. 1 ed. Porto Alegre: Bookman, 2001. 1042p.. 1 ed. Porto Alegre: Bookman, 2001. 1042p. 5454 A874pA874p RUSSELL, John B.RUSSELL, John B. Química GeralQuímica Geral. 2 ed. São Paulo: Makron Books, 1994. 969p (2. 2 ed. São Paulo: Makron Books, 1994. 969p (2 volumes).volumes). 5454 R964qR964q BACAN, Nivaldo.BACAN, Nivaldo. Introdução à semimicroanálise qualitativaIntrodução à semimicroanálise qualitativa. Campinas: Editora. Campinas: Editora Unicamp.Unicamp. VOGEL, Arthur I.VOGEL, Arthur I. Química analítica qualitativaQuímica analítica qualitativa. 5 ed. São Paulo: Editora Mestre Jou,. 5 ed. São Paulo: Editora Mestre Jou, 1981.1981. 543543 V878qV878q Sexto Sexto roteiro roteiro de de estudos estudos Soluções Soluções TampãoTampão 1. Conceitue a função ácido e a função base de acordo1. Conceitue a função ácido e a função base de acordo com os conceitos de Arrhenius e de Brönsted-Lowry.com os conceitos de Arrhenius e de Brönsted-Lowry. Para Arrhenius ácido é toda espécie química que sePara Arrhenius ácido é toda espécie química que se ioniza em solução aquosa liberando íons Hioniza em solução aquosa liberando íons H++ e base ée base é toda espécie aquosa que se dissocia em soluçãotoda espécie aquosa que se dissocia em solução aquosa liberando íons OHaquosa liberando íons OH--.. Para Brönsted-Lowry, ácido é toda espécie químicaPara Brönsted-Lowry, ácido é toda espécie química que libera (doa) íons Hque libera (doa) íons H++ (próton) em reação química e(próton) em reação química e base é toda espécie química que recebe os íons Hbase é toda espécie química que recebe os íons H++ liberado pelo ácido.liberado pelo ácido. 2. Escreva a equação da reação que ocorre quando se2. Escreva a equação da reação que ocorre quando se dissolve cianeto de hidrogênio, hidróxido de amônio,dissolve cianeto de hidrogênio, hidróxido de amônio, sulfeto de hidrogênio e cloreto de metilamônio emsulfeto de hidrogênio e cloreto de metilamônio em água. Indique quais espécies químicas são ácidos deágua. Indique quais espécies químicas são ácidos de Brönsted e quais são bases de Brönsted.Brönsted e quais são bases de Brönsted. HCN + HHCN + H22O O HH33OO ++ + + CNCN-- ácido ácido base base ácido ácido basebase NHNH33 + + HH22O O NHNH44 ++ + + OHOH-- base base ácido ácido ácido ácido basebase HH22S S + + HH22O O HH33OO ++ + + HSHS-- ácido ácido base base ácido baseácido base CHCH33NHNH22 + + HH22O O CHCH33NHNH33 ++ + + OHOH-- base base ácido ácido ácido ácido basebase 33 “A diferença entre um ácido e uma base conjugada“A diferença entre um ácido e uma base conjugada é apenas um próton.” é apenas um próton.” Escreva dois exemplos deEscreva dois exemplos de reações químicas que comprovem esta afirmação.reações químicas que comprovem esta afirmação. HCOHCO33 -- + + HH33OO ++ HH22COCO33 + + HH22OO base base ácido ácido ácido ácido basebase HSOHSO44 -- + + OHOH-- SOSO44 -2-2 + + HH22OO ácido base base ácidoácido base base ácido 4. Em relação a um sistema tampão formado por4. Em relação a um sistema tampão formado por ácido cloroso/clorito de sódio, calcule o pH daácido cloroso/clorito de sódio, calcule o pH da solução tampão cuja concentração de ácido clorososolução tampão cuja concentração de ácido cloroso é igual a 0,0200 mol Lé igual a 0,0200 mol L-1-1 e a de clorito de sódio ée a de clorito de sódio é igual a 0,0100 mol Ligual a 0,0100 mol L-1-1. (Ka = 1,0 x 10. (Ka = 1,0 x 10-2-2)) 2,02,02,0)2,0)(())log(1,0x10log(1,0x10logkalogkapkpkaa 22 ==−−−−==−−==−−== −− 1,701,70pHpH 0,300,302,002,00pHpH 0,30)0,30)((2,002,00pHpH log(0,50)log(0,50)2,002,00pHpH 0,02000,0200 0,01000,0100 loglog2,002,00pHpH [HClO][HClO] [NaClO][NaClO] loglogpkapkapHpH fraco]fraco][acido[acido conjugada]conjugada][base[base loglogpKapKapHpH == −−== −−++== ++== ⎟⎟ ⎠⎠ ⎞⎞ ⎜⎜ ⎝⎝ ⎛⎛ ++== ++== ++== 5. Considerando o tampão básico amônia/íon5. Considerando o tampão básico amônia/íon amônio NHamônio NH33 /NH /NH44 ++, explique porque a adição de uma, explique porque a adição de uma pequena quantidade de ácido e/ou de base nãopequena quantidade de ácido e/ou de base não causa uma grande alteração do pH do sistema?causa uma grande alteração do pH do sistema? Considerando o tampão mencionado acima, qualConsiderando o tampão mencionado acima, qual espécie atua como ácido e qual atua como base deespécie atua como ácido e qual atua como base de Brönsted? Justifique.Brönsted? Justifique. Os íons HOs íons H++ adicionados reagem com o NHadicionados reagem com o NH33 transformando-o em NHtransformando-o em NH44 ++. Com isto os íons H. Com isto os íons H++ sãosão removidos da solução e não influem no valor do pH.removidos da solução e não influem no valor do pH. Os íons OH- adicionados reagem com o NH4 + transformando-o em NH3 e H2O. Com isto os íons OH - são removidos da solução e não influem no valor do pH. 6. Considerando o tampão básico amônia/íon amônio (NH4OH/NH4 +), deduzir a expressão Henderson- Hasselbalch que permite calcular o valor do pH do sistema nas diferentes concentrações de ácido e base adicionados ao tampão. NH3 + H2O NH4 + + OH- ][NH ][NH logpkbpOH ][NH ][NH logpKbpOH ][NH ][NH loglogkb]log[OH ][NH ][NH kb.log]log[OH ][NH ][NH kb.][OH ][OH ][NH ][NH kb. ][NH ]].[OH[NH kb ][reagentes [produtos] kb 3 4 4 3 4 3 4 3 4 3 4 3 3 - 4 + + + − + − + − − + + += == −−=− ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ −=− = = = = pH = 14 – pOH 7. Calcule o valor do pH da solução tampão cuja concentração de NH4Cl é 0,0400 mol L -1 e a de NH3 é 0,0300 mol L-1. (Kb = 1,75 x 10 -5) 4,764,76)()0log(1,75x1logkbpkb 5 =−−=−=−= − 4,88pOH 0,124,76pOH 0,12)(4,76pOH log(1,333)4,76pOH 0,0300 0,0400 log4,76pOH ][NH Cl][NH logpkapOH fraca][base conjugada][ácido logpKbpOH 3 4 = += ++= += ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ += += += pH = 14 – pOH = 14 – 4,88 = 9,12 8. Qual dos sistemas tamponantes abaixo seria uma boa escolha para preparar um tampão? a) com pH = 5 ± 1 b) com pH = 10 ± 1 c) com pH = 7 ± 1 pKa pKb CH3COOH/CH3COO- 4,75 NH4+ /NH3 9,25 HNO2 /NO2- 3,37 (CH3)3NH+ /(CH3)3N 9,81 HClO2 /ClO2- 2,00 H2PO4- /HPO42- 7,21 A melhor escolha corresponde à solução tampão que apresenta um valor de pka ou pkb cujo valor está situado dentro do intervalo mencionado em cada um dos itens, por exemplo para o item (a) pka deve apresentar um valor situado entre 4,0 e 6,0, portanto ácido acético/acetato Resp: (a) CH3COOH/CH3COO - (b) (CH3)3NH +/(CH3)3N (c) H2PO 4-/HPO4 2- 9. Calcular a razão das concentrações, em mol L-1, de íons acetato e ácido acético necessária para tamponar uma solução com pH 5,25. (pka do ácido acético é 4,75) 3,16 acético][ácido [acetato] acético][ácido [acetato] 3,16 acético][ácido [acetato] 10 acético][ácido [acetato] log0,50 acético][ácido [acetato] log4,755,25 acético][ácido [acetato] log4,755,25 acético][ácido [acetato] logpkapH fraco][acido conjugada][base logpKapH 0,50 = = = = =− += += += 10. Em relação a um sistema tampão pede-se: a) Qual a razão entre as concentrações do ácido acético e do acetato de sódio necessária para preparar um tampão cujo pH seja igual a 5,60? (dado Ka CH3COOH = 1,75 x 10 -5) 0,141 [acetato] acetico][ácido acético][ácido [acetato] 7,08 acético][ácido [acetato] 10 acético][ácido [acetato] log0,85 acético][ácido [acetato] log4,755,60 acético][ácido [acetato] log4,755,60 acético][ácido [acetato] logpkapH fraco][acido conjugada][base logpKapH 0,85 = = = = =− += += += b) Como é definida a eficiência de um tampão? O tampão acima está dentro da faixa de eficiência? Intervalo de variação de pH na qual o tampão consegue remover os íons hidrônio e hidroxila da solução. Esta faixa corresponde a uma unidade de pH acima ou abaixo do valor de pKa (pKa±1,0).O pH de 5,60 está dentro da faixa de eficiência do tampão pois está nesse intervalo de variação de pH 11. Um tampão foi preparado misturando-se 400 mL de uma solução de NH3 0,600 mol L-1 e 600 mL de uma solução de NH4Cl 0,300 mol L -1. a) Calcule a concentração das espécies em solução admitindo que o volume final é de 1000 mL; b) Qual valor do pH deste tampão? (Kb = 1,75 x 10-5) c) Qual será o valor do pH, após a adição de 0,0200 mols de íons H+? a) Inicialmente é necessário realizar a diluição da base e do ácido conjugado utilizando a expressão de diluição Mi.Vi = Mf.Vf, na qual o volume final é 1000 mL para os dois casos. Realizando a diluição obtém se para as duas espécies os valores: [NH3] = 0,240 mol/L [NH4Cl] = 0,180 mol/L b) 4,764,76)()0log(1,75x1logkbpkb 5 =−−=−=−= − 4,64pOH 0,124,76pOH 0,12)(4,76pOH log(0,75)4,76pOH 0,240 0,180 log4,76pOH ][NH Cl][NH logpkapOH fraca][base conjugada][ácido logpKbpOH 3 4 = −= −+= += ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ += += += pH = 14 – pOH = 14 – 4,64 = 9,36 c) mol/L4,36x101010][H 109,36pH −−−+ === 12. Calcule a concentração de íons H+ e o pH de uma solução preparada com volumes iguais de ácido acéti-co 0,200 mol L-1 e acetato de sódio 0,150 mol L-1. (ka do ácido acético: 1,75 x 10-5) 4,764,76)()0log(1,75x1logkapka 5 =−−=−=−= − 4,64pH 0,124,76pH 0,12)(4,76pH log(0,75)4,76pH [0,200] [0,150] log4,76pH acético][ácido sódio]de[acetato logpkapH fraco][acido conjugada][base logpKapH = −= −+= += += += += mol/L2,29x101010][H 54,64pH −−−+ === 13. Calcule o pH de uma solução tampão preparada a partir de CH3NH2(aq) 0,300 mol L -1 e CH3NH3Cl(aq) 0,146 mol L-1 (kb do CH3NH2 é 3,6 x 10 -4) 3,44)()log(3,6x10logkbpkb 4 =−−=−=−= − 44,3 3,13pOH 0,313,44pOH (-0,31)3,44pOH log(0,487)3,44pOH 0,300 0,146 log3,44pOH ]NH[CH Cl]NH[CH logpkbpOH fraca][base conjugada][ácido logpKbpOH 23 33 = −= += += ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ += += += pH = 14 – pOH = 14 – 3,13 = 10,87 14. (a) Qual o valor do pH após a adição de 0,0500 mol de H+ a 0,500 litro do tampão ácido acético/acetato na qual as concentrações de ácido acético (H3CCOOH) e íon acetato (H3CCOO ⎯ ) são iguais a 1,00 mol L -1 (Ka para ácido acético é 1,8x10-5)? (b) Qual o valor do pH após a adição de 0,0100 mol de OH ⎯ a 0,500 litro do tampão ácido acético/acetato na qual as concentrações de ácido acético (H3CCOOH) e íon acetato (H3CCOO ⎯ ) são iguais a 1,00 mol L -1 (Ka para ácido acético é 1,8x10-5)? (c) Após a adição de ácido (item a) ou de base (item b) o tampão ainda permanece na região tamponan- te? Justifique. a) Ácido acético acetato 1,00 1,00 + 0,10 - 0,10 1,10 0,90 4,764,76)()0log(1,75x1logkapka 5 =−−=−=−= − 4,67pH 0,09-4,76pH 0,09)(4,76pH log(0,82)4,76pH [1,10] [0,90] log4,76pH acético][ácido sódio]de[acetato logpkapH fraco][acido conjugada][base logpKapH = = −+= += += += += b) Ácido acético acetato 1,00 1,00 - 0,02 + 0,02 0,98 1,02 4,764,76)()0log(1,75x1logkapka 5 =−−=−=−= − 4,78pH 0,024,76pH 0,02)(4,76pH log(1,04)4,76pH [0,98] [1,02] log4,76pH acético][ácido sódio]de[acetato logpkapH fraco][acido conjugada][base logpKapH = += ++= += += += += c) esta na região tamponante porque as variações de pH são inferiores a 1,0 unidade de pH. 15. Calcule a relação [H2PO4 ⎯ ]/[HPO4 2 ⎯ ] no sangue cujo valor do pH é 7,4. (pka NaH2PO4 = 7,2) 0,631 ][HPO ]PO[H ]PO[H ][HPO 1,58 ]PO[H ][HPO 10 ]PO[H ][HPO log0,2 ]PO[H ][HPO log7,2-7,4 ]PO[H ][HPO log7,27,4 ]PO[H ][HPO logpkapH fraco][acido conjugada][base logpKapH 2- 4 - 42 - 42 -2 4 - 42 -2 40,2 - 42 -2 4 - 42 -2 4 - 42 -2 4 - 42 -2 4 = = = = = += += += 16. Qual seria a concentração final de H3O+ se 0,100 mol de NaHSO4 (Ka = 1,0 x 10 -2) e 0,150 mol de Na2SO4 fossem dissolvidos em 1 litro de H2O? 2,002,00)()log(1,0x10logkapka 2 =−−=−=−= − 2,18pH 0,18)(2,00pH log(1,50)2,00pH 0,100 0,150 log2,00pH ][NaHSO ]SO[Na logpKapH 4 42 = ++= += ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ += += mol/L6,61x101010][H 34,64pH −−−+ === 17. Compare o efeito no pH da adição de 0,200 mol L- 1 de H+ e adição de 0,200 mol L-1 de OH ⎯ a 1,00 litro de: a) água pura; b) tampão ácido fórmico-formiato na qual as concentrações de ácido fórmico (HCOOH) e íon formiato (HCOO ⎯ ) são iguais a 1,50 mol L-1 (Ka para ácido fórmico é 1,8 x 10-4) a) em água pura: pH = - log [H+] = - log (0,2) – 0,70 pOH = - log [OH-] = - log (0,2) – 0,70 pH = 13,30 b) adição de ácido: Ácido fórmico formiato 1,50 1,50 + 0,20 - 0,20 1,70 1,30 3,743,74)()0log(1,80x1logkapka 4 =−−=−=−= − 3,62pH 0,12-3,74pH 0,12)(3,74pH log(0,76)3,74pH [1,70] [1,30] log3,74pH fórmico][ácido [formiato] logpkapH fraco][acido conjugada][base logpKapH = = −+= += += += += Adição de base Ácido fórmico formiato 1,50 1,50 - 0,20 + 0,20 1,30 1,70 3,86pH 0,123,74pH 0,12)(3,74pH log(1,31)3,74pH [1,30] [1,70] log3,74pH fórmico][ácido [formiato] logpkapH fraco][acido conjugada][base logpKapH = += ++= += += += += 18. Um volume de 1000 mL de uma solução tampão formada por CH3COOH 0,150 mol L -1 e CH3COONa 0,250 mol L-1: a) Qual é o pH da solução tampão? b) Qual é o pH da solução resultante após a adição de 30 x 10-2 mols de NaOH na solução tampão? c) Qual é o pH da solução resultante após a adição de 60 x 10-2 mols de HNO3 à solução tampão inicial? Considere que não houve variação de volume. Resp. (a) pH = 4,98; (b) pH = 5,10; (c) pH = 4,78 a) Ácido acético acetato 1,00 1,00 + 0,10 - 0,10 1,10 0,90 4,764,76)()0log(1,75x1logkapka 5 =−−=−=−= − 4,67pH 0,09-4,76pH 0,09)(4,76pH log(0,82)4,76pH [1,10] [0,90] log4,76pH acético][ácido sódio]de[acetato logpkapH fraco][acido conjugada][base logpKapH = = −+= += += += += b) Ácido acético acetato 1,00 1,00 - 0,02 + 0,02 0,98 1,02 4,764,76)()0log(1,75x1logkapka 5 =−−=−=−= − 4,78pH 0,024,76pH 0,02)(4,76pH log(1,04)4,76pH [0,98] [1,02] log4,76pH acético][ácido sódio]de[acetato logpkapH fraco][acido conjugada][base logpKapH = += ++= += += += += c) esta na região tamponante porque as variações de pH são inferiores a 1,0 unidade de pH.
