Um analista tem a disposição em seu laboratório os seguintes reagentes: ácido acético CH3 COOH, Ka=1,75 times 10^-5; ácido fórmico HCOOH, Ka=1,80 times 10^-4; ácido hipocloroso HOCl, Ka=3,08 times 10^-8; amônia NH3, Kb=1,75 times 10^-5; dietilamina (C2 H5)2 NH, Kb=9,55 times 10^-4; acetato de sódio CH3 COONa; formiato de potássio HCOOK, Ka=1,80 times 10^-4; hipoclorito de sódio NaOCl; cloreto de amônio NH4 Cl; cloreto de dietilamonio (C2 H5)2 NH2 Cl. Considerando estes reagentes responda os itens abaixo.
a) Indique quais reagentes seriam adequados para a formação de uma solução tampão em pH 3,0 e quais as concentrações necessárias de cada
b) Indique quais reagentes seriam adequados para a formação de uma solução tampão em pH 7,0 e quais as concentrações necessárias de cada reagente
c) Indique quais reagentes seriam adequados para a formação de uma solução tampão em pH 10,5 e quais as concentrações necessárias de cada reagente

Passo 1

Beleza, vamos resolver esse exercício juntos! Aqui, a gente precisa formular soluções tampão em três diferentes valores de pH: 3,0; 7,0 e 10,5. Para isso, vamos usar os reagentes disponíveis no laboratório, escolhendo combinações de ácidos fracos com suas bases conjugadas ou bases fracas com seus ácidos conjugados. A gente vai precisar entender um pouco sobre o conceito de soluções tampão e como escolher os reagentes certos com base no valor de pH que queremos alcançar.

Passo 2

Primeiro, vamos lembrar o que é uma solução tampão. Uma solução tampão é aquela que resiste a mudanças no pH quando pequenas quantidades de ácido ou base são adicionadas. Isso acontece porque temos um ácido fraco e sua base conjugada, ou uma base fraca e seu ácido conjugado, presentes na solução.
Para escolher os reagentes certos, a gente precisa que o pKa do ácido da nossa solução tampão esteja próximo do pH que queremos alcançar. A diferença ideal é que pKa seja igual ou próximo ao pH desejado.

Passo 3

Parte a) pH 3,0

Vamos procurar um ácido cuja pKa seja próximo de 3,0. Olhando os reagentes disponíveis:
  • Ácido fórmico (HCOOH): pKa ��� 3,74
  • Ácido acético (CH₃COOH): pKa ≈ 4,76
  • Ácido hipocloroso (HOCl): pKa ≈ 7,51
O ácido fórmico é o mais próximo de pH 3,0. Então, vamos usar o ácido fórmico e seu sal correspondente, o formiato de potássio (HCOOK).

Passo 4

Agora, para preparar a solução tampão, precisamos escolher as concentrações adequadas. Vamos supor que queremos uma solução tampão com concentração total de 0,1 M.
Usamos a equação de Henderson-Hasselbalch:
pH = pKa + log([Base][Ácido]) Á
Substituindo os valores:
3,0 = 3,74 + log([HCOO^-][HCOOH])
Resolvendo:
-0,74 = log([HCOO^-][HCOOH]) 10^-0,74 approx 0,182 [HCOO^-][HCOOH] approx 0,182
Então, se a concentração total é 0,1 M:
[HCOOH] + [HCOO^-] = 0,1 , M [HCOO^-] = 0,182 times [HCOOH] [HCOOH] + 0,182 times [HCOOH] = 0,1 1,182 times [HCOOH] = 0,1 [HCOOH] approx 0,0845 , M [HCOO^-] approx 0,0155 , M

Resposta

a) Para formar uma solução tampão em pH 3,0, podemos usar ácido fórmico (HCOOH) e formiato de potássio (HCOOK). As concentrações necessárias são aproximadamente 0,0845 M de HCOOH e 0,0155 M de HCOOK.

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