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? V-NH3 / NH4 Cl (Kb=1,8 times 10^-4)

Passo 1

Beleza, vamos começar resumindo o que a questão está pedindo. Temos que escolher, entre cinco sistemas diferentes, qual deles é o melhor para criar três soluções tampão com os seguintes valores de pH: 6,5, 3,6 e 4,7. Além disso, precisamos determinar a relação entre as concentrações da base e do ácido em cada uma dessas soluções tampão. O conteúdo que vamos usar aqui é o de soluções tampão, que são aquelas que resistem a variações de pH quando adicionamos um pouco de ácido ou base. Para resolver isso, vamos precisar entender como as soluções tampão funcionam e usar a equação de Henderson-Hasselbalch.

Passo 2

Primeiro, vamos lembrar o que é uma solução tampão. Uma solução tampão é composta por um ácido fraco e sua base conjugada, ou uma base fraca e seu ácido conjugado. Essas combinações permitem que a solução mantenha o pH estável mesmo quando pequenas quantidades de ácido ou base são adicionadas.

Passo 3

A equação de Henderson-Hasselbalch é fundamental para entender como ajustar o pH de uma solução tampão. Ela é dada por:
pH = pKa + log([base][ácido]) á
Ou, se estivermos usando uma base fraca e seu sal (que forma o ácido conjugado):
pH = pKb + 14 - log([base][ácido]) á
No nosso caso, o sistema fornecido é NH3 / NH4Cl, onde NH3 é a base fraca e NH4Cl é o sal que fornece o ácido conjugado NH4^+.

Passo 4

Vamos calcular o pKa desse sistema usando o valor de Kb fornecido para a NH3. A relação entre Ka e Kb é dada por:
Ka times Kb = 10^-14
Então,
pKa = 14 - pKb
Primeiro, calculamos pKb:
pKb = -log(Kb) = -log(1,8 times 10^-4) approx 3,74
Portanto,
pKa = 14 - 3,74 = 10,26

Passo 5

Agora, vamos usar a equação de Henderson-Hasselbalch para encontrar a relação entre as concentrações de base e ácido para cada pH desejado.
A equação adaptada fica:
pH = pKa + log([NH3][NH4^+] )
Vamos reorganizar para encontrar a razão $ \frac{[\mathrm{NH}_3]}{[\mathrm{NH}_4^+]} $:
[NH3][NH4^+]

Passo 6

Vamos calcular essa razão para cada pH:
  1. Para pH = 6,5:
[NH3][NH4^+] = 10^6,5 - 10,26 = 10^-3,76 approx 1,74 times 10^-4
  1. Para pH = 4,7:
[NH3][NH4^+] = 10^4,7 - 10,26 = 10^-5,56 approx 2,75 times 10^-6
  1. Para pH = 3,6:
Aqui percebemos um problema: a NH3 / NH4Cl é um sistema básico. pH = 3,6 é muito ácido para esse sistema funcionar como tampão, pois está muito longe do pKa de 10,26. Portanto, esse sistema não é adequado para um tampão com pH = 3,6.

Passo 7

Com base nos cálculos, vemos que o sistema NH3 / NH4Cl é adequado para criar soluções tampão próximas aos valores de pH calculados (6,5 e 4,7), mas não para o pH = 3,6. Para esse último pH, seria melhor escolher outro sistema tampão que tenha um pKa mais próximo desse valor.

Resposta

A relação das concentrações de base NH3 e ácido NH4Cl nas soluções tampão é aproximadamente:
  • Para pH = 6,5: [NH3][NH4^+] approx 1,74 times 10^-4
  • Para pH = 4,7: [NH3][NH4^+] approx 2,75 times 10^-6
Além disso, o sistema NH3 / NH4Cl não é adequado para a preparação de uma solução tampão com pH = 3,6.

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