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 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:
Ou, se estivermos usando uma base fraca e seu sal (que forma o ácido conjugado):
No nosso caso, o sistema fornecido é
, onde
é a base fraca e
é o sal que fornece o ácido conjugado
.
Passo 4
Vamos calcular o
desse sistema usando o valor de
fornecido para a
. A relação entre
e
é dada por:
Então,
Primeiro, calculamos
:
Portanto,
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:
Vamos reorganizar para encontrar a razão $ \frac{[\mathrm{NH}_3]}{[\mathrm{NH}_4^+]} $:
Passo 6
Vamos calcular essa razão para cada pH:
- Para pH = 6,5:
- Para pH = 4,7:
- Para pH = 3,6:
Aqui percebemos um problema: a
é um sistema básico. pH = 3,6 é muito ácido para esse sistema funcionar como tampão, pois está muito longe do
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
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
mais próximo desse valor.
Resposta
A relação das concentrações de base
e ácido
nas soluções tampão é aproximadamente:
- Para
: - Para
:
Além disso, o sistema
não é adequado para a preparação de uma solução tampão com
.