Como você prepararia 500 mL de solução tampão, com pH 4,5, a partir de uma solução de ácido acético e acetato de sódio 1,0 mol L^-1. Considerar que ocorre uma variação desprezível de volume se adicionarmos acetato de sódio sólido. (MM acetato de sódio 82 g / mol).

Passo 1

Beleza, vamos resolver esse exercício sobre como preparar uma solução tampão com pH 4,5 usando ácido acético e acetato de sódio. Aqui, a gente vai precisar entender um pouquinho sobre soluções tampão, pH, e como usar a equação de Henderson-Hasselbalch para calcular as quantidades necessárias dos componentes. Você vai ver que vou explicar cada parte, passo a passo, para facilitar o entendimento.

Passo 2

Primeiro, vamos lembrar o que é uma solução tampão. Uma solução tampão é aquela que resiste a alterações de pH quando adicionamos pequenas quantidades de ácido ou base. Ela é geralmente feita com um ácido fraco e sua base conjugada, ou vice-versa. No nosso caso, estamos usando ácido acético (ácido fraco) e acetato de sódio (base conjugada).

Passo 3

Agora, vamos usar a equação de Henderson-Hasselbalch, que é super útil para encontrar o pH de uma solução tampão. A equação é:
pH = pKa + log([Base Conjugada][Ácido] ) Á
Onde:
  • é o logaritmo negativo da constante de dissociação ácida do ácido acético.
  • é a concentração da base conjugada, que no nosso caso é o acetato de sódio.
  • Á é a concentração do ácido acético.

Passo 4

Vamos precisar do valor do pKa = -log(1,8 times 10^-5) approx 4,74 do ácido acético. Sabemos que o do ácido acético é aproximadamente . Então,

Passo 5

Agora, vamos reorganizar a equação de Henderson-Hasselbalch para encontrar a razão entre a base conjugada e o ácido:
pH = 4,74 + log([Base Conjugada][Ácido] ) Á
Queremos que o pH seja 4,5, então substituímos:
4,5 = 4,74 + log([Base Conjugada][Ácido] ) Á
Subtraindo 4,74 de ambos os lados:
4,5 - 4,74 = log([Base Conjugada][Ácido] ) Á
-0,24 = log([Base Conjugada][Ácido] ) Á

Passo 6

Para eliminar o logaritmo, usamos a base 10 dos dois lados:
10^-0,24 = [Base Conjugada][Ácido] Á
Calculando 10^-0,24 approx 0,575 :
[Base Conjugada][Ácido] approx 0,575
Então,
Á

Passo 7

Vamos chamar a concentração de ácido acético de CbCa = 0,575 e a de acetato de sódio de Cb = 0,575 times Ca . Temos:
Isso significa que:

Passo 8

Sabemos que a concentração total da solução tampão será 1,0 M (já que estamos usando soluções 1,0 M de ambos os componentes) e o volume total será 500 mL. Vamos considerar que a soma das concentrações de ácido e base conjugada deve se ajustar para manter o pH.

Passo 9

Vamos assumir que a quantidade de ácido acético é nb = 0,575 times na e a de acetato de sódio é na + nb = 1,0 , mol/L times 0,5 , L = 0,5 , mol . Então:
na + 0,575 times na = 0,5
E a soma das mols deve corresponder ao volume total:
1,575 times na = 0,5
Substituindo na = 0,51,575 approx 0,317 , mol :

Passo 10

Agora, calculamos nb = 0,575 times 0,317 approx 0,182 , mol :

Passo 11

Como estamos começando com uma solução 1,0 M de ácido acético, para obter 0,317 mol, precisamos de:
Va = naCa = 0,317 , mol1,0 , mol/L = 0,317 , L = 317 , mL

Passo 12

Para o acetato de sódio, temos uma solução 1,0 M, mas o enunciado permite adicionar acetato de sódio sólido sem alterar o volume. Então, para obter 0,182 mol:
Massa = nb times MM = 0,182 , mol times 82 , g/mol approx 14,92 , g

Resposta

Para preparar 500 mL de solução tampão com pH 4,5, você deve misturar 317 mL da solução 1,0 M de ácido acético com aproximadamente 15,0 g de acetato de sódio sólido.

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