Apresentado os 5 sistemas abaixo, escolha qual sistema será melhor para obtermos 3 soluções tampão com
, outro que tenha
e outro que tenha
. Qual será a relação das concentrações de base e ácido para as soluções tampão acima?
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:
Rearranjando para encontrar a razão
:
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
.
Para pH = 6,5:
Vamos usar o sistema III - H₂CO₃ / NaHCO₃ com $ \mathrm{Ka} = 4,45 \times 10^{-7} $. Primeiro, calculamos o pKa:
Agora, aplicamos na equação de Henderson-Hasselbalch:
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:
Aplicando na equação:
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:
Aplicando na equação:
Resposta
Para obter as soluções tampão com os pH desejados, as relações entre as concentrações de base e ácido são:
- pH = 6,5:
- pH = 4,7:
- pH = 3,6: