Um aluno de engenharia recebeu de sua orientadora o pedido para preparar uma solução tampão de pH 3,5. Ao chegar no laboratório a técnica do laboratório forneceu as seguintes soluções: solução de ácido metanoico ( HCOOH-10 mol / L), solução de ácido acético (CH3 COOH-10 mol / L), solução de ácido fosfórico (H3 PO4 - 10 mol / L), solução de formato de sódio ( HCOONa-10 mol / L ), solução de acetato de sódio (CH3 COONa-10 mol / L) e solução de Fosfato monossódico (NaH2 PO4. 10 mol / l). Com base nestas informações responda
ÁCIDOS Ka
CH3 COOH 1,8.10^-5
H3 PO4 7,6.10^-3
HCOOH 1,8.10^-4
Qual ou quais soluções você selecionaria para fazer o tampão nesta faixa de pH ? Justifique sua resposta

Passo 1

Entendendo o Problema e o Conteúdo Envolvido
Estamos enfrentando um desafio de química: preparar uma solução tampão com pH 3,5. Para isso, temos várias soluções de ácidos e suas bases conjugadas disponíveis no laboratório, todas com concentração de 10 mol/L. O conteúdo que vamos usar aqui é o da química de soluções tampão, especificamente a Equação de Henderson-Hasselbalch, que relaciona o pH de uma solução ao pKa do ácido e à proporção entre a base conjugada e o ácido. Precisamos escolher quais dessas soluções são mais adequadas para criar um tampão eficaz nessa faixa de pH.

Passo 2

Identificando os Ácidos Disponíveis e Seus pKa
Primeiro, vamos anotar os ácidos e suas constantes de dissociação ácida (Ka) fornecidas:
  • Ácido Acético (CH₃COOH): Ka = 1,8 × 10⁻⁵
  • Ácido Fosfórico (H₃PO₄): Ka = 7,6 × 10⁻³
  • Ácido Metanoico (HCOOH): Ka = 1,8 × 10⁻⁴
Para usar a Equação de Henderson-Hasselbalch, precisamos do pKa, que é calculado como:
pKa = -log10 (Ka)
Calculando os pKa:
  • pKa do Ácido Acético: ≈ 4,74
  • pKa do Ácido Fosfórico: ≈ 2,12
  • pKa do Ácido Metanoico: ≈ 3,74

Passo 3

Aplicando a Equação de Henderson-Hasselbalch
A Equação de Henderson-Hasselbalch é dada por:
pH = pKa + log ( [Base Conjugada][Ácido] ) Á
Para um tampão eficaz, o pH desejado deve estar próximo do pKa do ácido escolhido, geralmente dentro de ±1 unidade. Nosso objetivo é pH 3,5, então vamos ver quais dos ácidos disponíveis se encaixam melhor nessa faixa.

Passo 4

Analisando a Adequação dos Ácidos Disponíveis
Vamos comparar o pH desejado (3,5) com os pKa calculados:
  • Ácido Acético (pKa ≈ 4,74): O pH está mais de 1 unidade abaixo do pKa. Não é a melhor escolha, pois o tampão será menos eficaz.
  • Ácido Fosfórico (pKa ≈ 2,12): O pH está mais de 1 unidade acima do pKa. Também não é a melhor opção para um tampão eficaz nessa faixa de pH.
  • Ácido Metanoico (pKa ≈ 3,74): O pH desejado (3,5) está muito próximo do pKa (diferença de apenas ~0,24 unidades), tornando-o uma excelente escolha para o tampão.

Passo 5

Escolhendo as Soluções Apropriadas para o Tampão
Como queremos formar um tampão, precisamos de um ácido fraco e sua base conjugada. Para o ácido metanoico (HCOOH), a base conjugada é o formato de sódio (HCOONa). Portanto, as soluções que devemos selecionar são:
  • Ácido Metanoico (HCOOH) - 10 mol/L
  • Formato de Sódio (HCOONa) - 10 mol/L
Esses componentes permitirão manter o pH estável em torno de 3,5, aproveitando a proximidade entre o pKa do ácido metanoico e o pH desejado.

Resposta

Para preparar uma solução tampão com pH 3,5, devemos selecionar ácido metanoico (HCOOH) e formato de sódio (HCOONa), pois o pKa do ácido metanoico é aproximadamente 3,74, que está muito próximo do pH desejado, garantindo assim uma solução tampão eficaz nessa faixa de pH.

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