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Universidade Federal de Goiás Escola de agronomia Engenharia de Alimentos Bioquímica fundamental Outubro, 2017 AULA PRÁTICA 2: pH E TAMPÃO INTRODUÇÃO Dentre as várias moléculas que constitui uma célula, sabemos que a água é aparte mais importante e com maior abundância, sendo que ela expressa cerca de70% da composição da maioria dos organismos e compartilha de todas as reações químicas das células. É conhecido que a água é uma molécula assimétrica e que sua importância está em seu caráter dipolar, onde temos sua tendência a se combinar com íons negativos e positivos, maior que a tendência desses íons se combinarem entre si. A presença de carga parcial positiva em seus átomos de hidrogênio e de carga parcial negativa no átomo de oxigênio, o qual possui dois pares de elétrons não compartilhados, permite que a água se associe com outras quatro moléculas através de pontes de hidrogênio. O que determina as propriedades solventes da água é a sua natureza polar. Compostos iônicos com cargas inteiras e compostos polares com cargas parciais tendem a dissolver-se em água, pois estes conseguem interagir com a água através das pontes de hidrogênio, fato que não é observado quando se trata de compostos apolares. É graças a esta função fundamental da água como solvente que ela desempenha um papel fundamental nos processos biológicos devido as suas propriedades ácido-básicas. Por definição, ácidos são substâncias com capacidade de ceder/doar prótons em uma reação e bases são substâncias com capacidade de receber prótons em uma reação. Existe um valor numérico conhecido como constante de dissociação ou Ka, que indica a quantidade de íons hidrogênio que um ácido libera, quando dissolvida certa quantidade desse ácido em água, portanto a partir desse valor é expressa a força do ácido. O pH é a medida da concentração de íons hidrogênio em uma solução, sendo que esta medida pode ser obtida em valores aproximados, com a utilização de corantes indicadores, e em valores precisos com a utilização de um Ph metro. Existe uma equação, conhecida como equação de Herdenson-Hasselbalch, que relaciona o pH com o Ka e com as concentrações de ácido e base conjugados. Esta é a equação de dissolução de um ácido fraco, que é utilizada para adiantar as propriedades de um tipo de solução que é utilizada para manter o pH de misturas de reação. Esse tipo de solução é conhecido como solução-tampão, que é constituída pela a mistura de ácidos fracos à suas bases conjugadas. Uma solução-tampão é capaz de impedir mudanças drásticas/acentuadas de pH diante da adição de pequenas quantidades de ácido ou de base fortes. Existem certos fatores que determinam a eficiência de um tampão, sendo que esta é restrita a uma faixa de Ph na qual as concentrações de ácido e base conjugada são capazes de compensar adições de ácido e base fortes. A partir da equação de Herderson-Hasselbalch, observa-se, que quando há quantidades iguais nas concentrações de ácido e base conjugados o pH dessa solução é igual ao valor do pKa do ácido fraco, sendo que a melhor a atuação de um tampão se dá nessas condições. Portanto, a zona de maior eficiência de um tampão é aquela na qual existem, simultaneamente, 50% de ácido conjugado e 50% de base conjugada. Essa região de maior eficiência pode ser determinada a partir de uma curva de titulação, que é representada a partir de um gráfico de pH x os valores equivalentes de base adicionados durante a titulação de um ácido qualquer. De modo que, a eficiência de um tampão se encontra relacionada com a sua concentração. OBJETIVO • Conceituar pH • Determinar o pH de soluções pelo método colorimétrico • Analisar a variação de pH de uma solução tamponada e uma solução não tamponada MATERIAL • 11 Tubos de ensaio; • Pipetas graduadas ou volumétricas de 1 e 10 mL; • Pipetas Pasteur descartável; • Tampões de pH 4; 5; 6; 7; 8; 9 e 10; • Indicador Universal; • Hidróxido de Sódio (NaOH) 0,1 M (mol/L); • Ácido Clorídrico (HCl) 0,1 M (mol/L); • Agitador de tubos (vórtex). PROCEDIMENTO pH 4 5 6 7 8 9 10 Cor Laranja Laranja claro Amarelo esverdeado Verde Azul Roxo azulado Roxo Preparar uma bateria de 7 tubos de ensaio. Adicionar ao primeiro tubo 1 ml de solução tampão pH 4, no segundo tampão pH 5, e assim sucessivamente até o tampão pH 10. Adicionar a cada tubo 9 ml de água destilada e 5 gotas do indicador universal. Esta bateria irá constituir a escala padrão de pH. Preparar outra bateria de 4 tubos de ensaio e numerá-los de 1 a 4. Adicionar 5 gotas do indicador universal a cada tubo. Aos tubos 1 e 3 adicionar 10 ml de água destilada. Aos tubos 2 e 4 adicionar 1 ml de solução tampão pH 7 e mais 9 ml de água destilada. Determinar o pH de cada solução, transferindo os resultados para o quadro abaixo em anexo. Proceder da mesma maneira para cada etapa do experimento. Adicionar 1 gota de NaOH 0,1 M aos tubos 1 e 2. Observar. Por meio de uma pipeta, soprar o ar expirado dentro da solução do tubo 1 Durante 15 segundos. Notar a mudança de cor da solução. Determinar o pH. Soprar no tubo 2 durante 1 minuto. Observar. Adicionar aos tubos 3 e 4 duas gotas de HCI 0,1 M. Observar a mudança de coloração e determinar o pH. Continuar a adição de HCI ao tubo 4, gota a gota. Determinar quantas gotas de HCI devem ser adicionadas até que se obtenha a mesma coloração do tubo 3. pela adição de base (álcali): TUBO 2 (TAMPÃO) pH= 7 + 1gota de NaOH 0,1mol/L pH= 7 + Ar expirado por 1 min pH= 7 TUBO 1 (ÁGUA DESTILADA) pH= 6 + 1gota de NaOH 0,1mol/L pH= 9 + Ar expirado por 15 seg pH= 6 b) pela adição de ácido: TUBO 4 (TAMPÃO) pH= 7 + 2 gotas de HCl 0,1mol/L pH= 6 TUBO 3 (ÁGUA DESTILADA) pH= 6 + 2 gotas de HCl 0,1mol/L pH= 4 Foram necessárias 9 gotas de HCI 0,1 mol/L no tubo 4 para se obter o mesmo pH (coloração) do tubo 3. RESULTADOS Ao se relacionar os resultados obtidos com a construção da escala padrão de pH, foi observado que no tubo em que foi colocada a solução tampão de pH 4 a solução apresentou coloração vermelha; no tubo em que foi colocada a solução tampão de pH 5 a solução apresentou coloração alaranjada; no tubo em que foi colocada a solução tampão de pH 6 a solução apresentou coloração amarela; no tubo em que foi colocada a solução tampão de pH 7 a solução apresentou coloração verde; no tubo em que foi colocada a solução tampão de pH 8 a solução apresentou coloração azul; no tubo em que foi colocada a solução tampão de pH 9 a solução apresentou coloração anil e no tubo em que foi colocada a solução tampão de pH 10 a solução apresentou coloração violeta. Ao se medir o pH dos tubos de ensaio 1 e 3, nos quais foram adicionados água destilada e indicador universal, verificou-se um pH igual a 6, o qual é considerado neutro. Ao se medir o pH dos tubos de ensaio 2 e 4, nos quais foram adicionados solução tampão e indicador universal, verificou-se um pH igual a 7, o qual é considerado neutro. Após a adição da solução básica nos tubos 1 e 2, a medição do pH indicou, no tubo 1, um pH igual a 9. Já no tubo 2, a mesma medição indicou um pH igual a 7. E após a adição da solução ácida nos tubos 3 e 4, a medição do pH indicou, no tubo 3, um igual a pH 4, e no tubo 4, a mesma medição indicou pH 6. CONCLUSÃO Sabe-se, que por definição, solução tampão é um tipo de sistema aquoso que resiste a mudanças no pH perante adições de pequenas quantidades de ácido ou base fortes. A água destilada é isenta de íons livres, sendo assim ao se medir o pH dos tubos de ensaio 1 e 3, nos quais havia apenas água destilada e indicador universal, era esperado um pH igual a 7 (neutro). Ao se medir o pH da solução tampão, que se encontrava nos tubos 2 e 4, verificou-se um pH igual a 7, portanto, esta é uma solução constituída por ácido fraco e base conjugada. Quando a solução básica foi adicionada aos tubos 1 e 2 e o pH destes foi novamente medido, observou-se, no tubo 1, um pH igual a 9, fato este que já era esperado,pois com a adição da base ocorreu uma retirada de prótons do meio, o que causou um aumento no valor do pH, tornando a solução mais básica. Já no tubo 2, o pH manteve-se igual a 7, pois houve dissociação do ácido presente no tampão, que repôs a maior parte dos prótons que se associaram com a base, o pH desta solução poderia ter aumentado, contudo seria um aumento muito menor do que o observado no tubo 1. Com a adição da solução ácida nos tubos 3 e 4, a medição do pH indicou, no tubo 3, um pH igual a 4, pois a adição de prótons à solução tornou-a mas ácida. Já no tubo 4, a medição do pH indicou um valor igual a 6, pois quando se adiciona prótons à solução tampão, esta reage através de sua base conjugada, que se associa aos prótons adicionados. Apesar de a maior parte dos prótons se associarem à base conjugada do tampão, uma pequena parte ainda fica livre, o que poderia causar uma pequena queda no pH da solução, contudo a queda observada foi bem menor do que a queda observada na solução desprovida de tampão. Quando expira ar dentro do tubo, está adicionando gás carbônico na solução e este reage com a água presente na solução formando ácido carbônico o que reduz o pH da solução.
