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? III-H2 CO3 / NaHCO3 (Ka=4,45 times 10^-7)

Passo 1

Beleza, vamos lá! O problema nos pede para escolher três sistemas tampão que mantenham os valores de pH de 6,5, 3,6 e 4,7. Além disso, precisamos determinar a relação entre as concentrações da base e do ácido nesses sistemas. Para resolver isso, vamos precisar entender um pouco sobre soluções tampão e usar a equação de Henderson-Hasselbalch.

Passo 2

Primeiro, o que é uma solução tampão? É uma mistura de um ácido fraco e sua base conjugada (ou uma base fraca e seu ácido conjugado) que resiste a mudanças no pH quando adicionamos pequenas quantidades de ácido ou base forte. Isso é super útil em várias aplicações, como laboratórios e processos biológicos.

Passo 3

Para escolher o sistema tampão adequado para cada pH desejado, precisamos olhar para o pKa do ácido no sistema. O pKa é o pH no qual meio ácido está dissociado. A regra geral é que o pH ideal para um tampão está próximo ao pKa do ácido, geralmente dentro de uma faixa de ±1 unidade de pH.

Passo 4

Vamos usar a equação de Henderson-Hasselbalch para encontrar a relação entre as concentrações de base e ácido:
pH = pKa + log([Base][Ácido]) Á
Rearranjando para encontrar a razão [Base][Ácido]Á:
[Base][Ácido] = 10^(pH - pKa) Á

Passo 5

Agora, vamos aplicar isso para cada pH desejado. Supondo que temos diferentes sistemas tampão com diferentes pKa, vamos escolher o sistema cujo pKa seja mais próximo do pH que queremos e então calcular a relação [Base][Ácido]Á.

Para pH = 6,5:

Vamos usar o sistema III - H₂CO₃ / NaHCO₃ com $ \mathrm{Ka} = 4,45 \times 10^{-7} $. Primeiro, calculamos o pKa:
Ka = 4,45 times 10^-7
Agora, aplicamos na equação de Henderson-Hasselbalch:
pKa = -log(Ka) = -log(4,45 times 10^-7) approx 6,35 Á

Para pH = 4,7:

Vamos escolher um sistema tampão com pKa próximo a 4,7. Por exemplo, o ácido acético (CH₃COOH) tem $ \mathrm{Ka} \approx 1,8 \times 10^{-5} $, então:
[Base][Ácido] = 10^(6,5 - 6,35) = 10^0,15 approx 1,41
Aplicando na equação:
Ka approx 1,8 times 10^-5 Á

Para pH = 3,6:

Escolhemos um sistema tampão com pKa próximo a 3,6. Por exemplo, o ácido glicólico (C₂H₄O₃) tem $ \mathrm{Ka} \approx 1,34 \times 10^{-4} $, então:
pKa = -log(1,8 times 10^-5) approx 4,74
Aplicando na equação:
[Base][Ácido] = 10^(4,7 - 4,74) = 10^-0,04 approx 0,91 Á

Resposta

Para obter as soluções tampão com os pH desejados, as relações entre as concentrações de base e ácido são:
  • pH = 6,5: [Base][Ácido] approx 1,41Á
  • pH = 4,7: [Base][Ácido] approx 0,91Á
  • pH = 3,6: [Base][Ácido] approx 0,54Á

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