Apresentado os 5 sistemas abaixo, escolha qual sistema será melhor para obtermos 3 soluções tampão com pH=6,5, outro que tenha pH=3,6 e outro que tenha pH 4,7. Qual será a relação das concentrações de base e ácido para as soluções tampão acima? IV-HCOOH / HCOO-Na+ (Ka=1,8 times 10^-4)

Passo 1

E aí! Vamos resolver esse exercício sobre soluções tampão. A gente precisa escolher um sistema tampão que nos dê três pH diferentes: 6,5, 4,7 e 3,6. O sistema que temos é o IV, que é uma mistura de ácido fórmico ( HCOOH) e formiato de sódio ( HCOO^-) com uma constante de acidez ( Ka) igual a 1,8 times 10^-4. Para resolver isso, vamos usar a equação de Henderson-Hasselbalch, que nos ajuda a relacionar o pH, o pKa e a razão das concentrações da base e do ácido na solução tampão.

Passo 2

Primeiro, vamos encontrar o valor de pKa usando a constante de acidez fornecida. A pKa é calculada como o logaritmo negativo da Ka:
pKa = -log(Ka) = -log(1,8 times 10^-4) approx 3,74

Passo 3

Agora, vamos usar a equação de Henderson-Hasselbalch, que diz:
pH = pKa + log([A^-][HA])
Aqui, [A^-] é a concentração da base (formiato de sódio) e [HA] é a concentração do ácido (ácido fórmico). Queremos encontrar a razão [A^-][HA] para cada pH desejado.

Passo 4

Vamos resolver a equação para [A^-][HA]:
[A^-][HA] = 10^(pH - pKa)
Vamos calcular isso para cada pH.

Passo 5

Para pH = 6,5:
[A^-][HA] = 10^(6,5 - 3,74) = 10^2,76 approx 575
Isso significa que precisamos de uma relação de aproximadamente 575 partes de base para 1 parte de ácido.

Passo 6

Para pH = 4,7:
[A^-][HA] = 10^(4,7 - 3,74) = 10^0,96 approx 9
Aqui, a relação é de cerca de 9 partes de base para 1 parte de ácido.

Passo 7

Para pH = 3,6:
[A^-][HA] = 10^(3,6 - 3,74) = 10^-0,14 approx 0,72
Isso quer dizer que precisamos de aproximadamente 0,72 partes de base para 1 parte de ácido, ou seja, mais ácido que base.

Passo 8

É importante notar que para uma solução tampão ser eficaz, o pH desejado deve estar entre pKa - 1 e pKa + 1. Nosso pKa é 3,74, então os pH 3,6 e 4,7 estão dentro dessa faixa, garantindo uma boa capacidade tampão. O pH 6,5 está fora dessa faixa, o que significa que a solução tampão não será tão eficaz para esse valor.

Resposta

As relações das concentrações de base ( HCOO^-) e ácido ( HCOOH) para as soluções tampão são:
  • pH = 6,5: [HCOO^-][HCOOH] approx 575 : 1
  • pH = 4,7: [HCOO^-][HCOOH] approx 9 : 1
  • pH = 3,6: [HCOO^-][HCOOH] approx 0,72 : 1

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