Tampões de ácido-base: Calculando o pH de uma solução tamponada

Buffers

Seu sangue tem um pH de 7,4. Manter o pH do sangue constante é muito importante para a saúde. Se o pH do seu sangue ficar muito baixo, abaixo de 7,35, você terá acidose. Se o pH do sangue ficar muito alto, maior que 7,45, você terá alcalose. Os sintomas de acidose incluem convulsões, palpitações cardíacas, falta de ar, perda de consciência e coma. Como você pode ver, você provavelmente não deseja acidose. Seu corpo controla o pH do sangue usando soluções tampão.

Um tampão é uma solução que contém quantidades iguais de um ácido fraco e sua base conjugada ou uma base fraca e seu ácido conjugado. Uma solução tampão funciona porque evita que o pH de uma solução mude muito. O HX é o ácido. O X- é a base conjugada. Uma equação de buffer feita dos dois é: H X + H 2 O ↔ H 3 O + + X -

Se você adicionar uma base a esta solução tamponada, a base reage com o H 3 O + e o remove da solução. Se você se lembrar do princípio de Le Chatelier, ele diz que o equilíbrio mudará para a direita para ajustar e fazer mais H 3 O + . Isso evita que o pH mude muito, “protegendo-o”. Se você tinha adicionado um ácido, que teria se juntou com o X - para fazer H X . A reação teria mudado para a esquerda.

A expressão da constante de equilíbrio é Ka = [H 3 O + ] [ X - ] / [H X ]

A expressão da constante de equilíbrio

pH de uma solução tampão

Para calcular o pH de uma solução tampão, a equação é pH = -log (Ka). Você já viu essas equações antes, portanto, para calcular o pH de uma solução tamponada quando um ácido ou base é adicionado, use as etapas que aprendeu antes. O grande problema sobre essas reações é que as concentrações de [H + ] e [OH - ] não são mais iguais.

Exemplo:

Observe a equação CH 3 COOH ↔ CH 3 COO - + H +

Ka = [CH 3 COO -] [H + ] / [CH 3 COOH]

Suponha que você tenha uma solução de ácido acético 0,25 M, CH 3 COOH e acetato de sódio 0,6 M, C 2 H 3 NaO 2 , que é sua base conjugada. O ácido acético está em equilíbrio, mas o [CH 3 COO - ] não é igual a [H + ].

O que você pode presumir, porém, é que o ácido fraco, que neste caso é o ácido acético, dificilmente se dissociará. Nesse caso, o [CH 3 COO - ] é o mesmo que a concentração inicial de acetato de sódio, ou 0,6 M. O Ka para o ácido acético é 1,76 x 10 -5 . Podemos resolver para [H + ].

Ka = [CH 3 COO - ] [H + ] / [CH 3 COOH]
1,76 x 10 -5 = (0,6 M) [H + ] / (0,25 M)
[H + ] = 7,33 x 10 -6
pH = - log [H +]
pH = -log (7,33 x 10 -6 )
pH = 5,13

Esta equação é usada para calcular o pH em uma solução tampão.

pH de uma solução tampão quando ácido é adicionado

Exemplo:

Uma solução de 1 L de ácido acético 0,5 M e acetato de sódio 0,5 M (base conjugada do ácido acético, que é CH 3 COO - ) tem 0,01 moles de HCl adicionado a ela. O aumento de volume é insignificante.

CH 3 COOH ↔ CH 3 COO - + H +

Antes de adicionar o HCl, o Ka da solução de ácido acético era 1,76 x 10 -5 , de modo que o pH da solução era 4,75 da fórmula pH = -log (Ka)

Foi adicionado 0,01 moles de HCl, que se decompõe em H + + Cl - . Os prótons adicionados do HCl combinam-se com o íon acetato, CH 3 COO-, para formar mais ácido acético, CH 3 COOH. Você pode assumir que todos os prótons foram usados, então a nova quantidade de concentração é:
[CH 3 COOH] = 0,5 + 0,01 = 0,51 M
A nova concentração de íon acetato é menor, porque alguns dos íons acetato combinados para formar o acético ácido.
[CH 3 COO-] = 0,5 - 0,01 = 0,49
Ka = [CH 3 COO -] [H + ] / [CH 3 COOH]
1,76 x 10 ^ -5 = (0,49) [H + ] / (0,51)
[H+ ] = 1,83 x 10 ^ -5 M
pH = -log [H +]
pH = 4,73

Então, como havia um tampão, o pH só mudou de 4,75 para 4,73.

Resumo da lição

Um tampão é uma solução que contém quantidades iguais de um ácido fraco e sua base conjugada ou uma base fraca e seu ácido conjugado. Uma solução tampão funciona porque evita que o pH de uma solução mude muito.

Na equação: H X + H 2 O ↔ H 3 O + + X - , se uma base for adicionada a esta solução tamponada, a base reage com o H 3 O + e o remove da solução e o equilíbrio mudará para a direita para ajustar e fazer mais do H 3 O +. Isso evita que o pH mude muito, “protegendo-o”. Se é adicionado um ácido, a reacção teria deslocada para a esquerda e o X - teria combinados para fazer H X .

Resultados de Aprendizagem

Depois de ver esta lição, você será capaz de:

• Defina o tampão e explique a importância de um tampão para manter o pH do sangue
• Explicar como calcular o pH de uma solução tampão
• Descreva o que acontece quando você adiciona uma base ou um ácido a uma solução tamponada