O EQUILÍBRIO ÁCIDO-BASE

UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DO RIO DE JANEIRO

INSTITUTO DE QUÍMICA

DEPARTAMENTO DE QUÍMICA ANALÍTICA

QUÍMICA ANALÍTICA I

MÓDULO 1 – EQUILÍBRIO ÁCIDO-BASE

AULA 4: Preparo de soluções tampão ácidas e básicas com concentração conhecida

META DA AULA

Tendo como base o que foi apresentado nas aulas anteriores, iremos dar continuidade ao assunto estudando agora o preparo de soluções tampão ácidas e básicas com concentração conhecida.

OBJETIVOS

Esperamos que, após o estudo do conteúdo desta aula, você seja capaz de preparar soluções tampão ácidas e básicas de todas as formas possíveis, ou seja, por mistura direta e reação e com concentração conhecida.

PRÉ-REQUISITOS

Para que você encontre maior facilidade na compreensão dessa aula, é importante que você relembre o conteúdo das aulas anteriores, ou seja, que você saiba como se comportam, em água, os ácidos e bases fortes (reação, tipo de seta e produtos), como se calcula o pH de cada uma destas espécies e como se dá o preparo de soluções tampão.

CONTEÚDO

A seguir, apresentarei o preparo de soluções tampão que terão que ser preparadas tendo suas concentrações conhecidas.

• Exemplo 1: Como preparar 250,00 mL de uma solução tampão cujo pH é 4,75 e concentração final 0,100 moL L-1 a partir de uma solução de ácido acético (CH3COOH; Ka = 1,75.10-5) 2,5 moL L-1 e de solução de acetato de sódio (CH3COONa) 1,3 moL L-1.

Esta solução tampão é preparada pela mistura direta do par conjugado.

Calculando a razão sal/ácido: [CH3COONa]/[CH3COOH] =104,75-4,76 = 10-0,01 = 0,977

A concentração final diz respeito à soma das concentrações das espécies que formam a solução tampão que é igual a 0,100 moL L-1, ou seja, [CH3COONa] + [CH3COOH] = 0,100 moL L-1.

Com a razão sal/ácido e a soma das concentrações das espécies que formam a solução tampão, caímos em um sistema:

[CH3COONa]/[CH3COOH] = 0,977 »» [CH3COONa] = 0,977[CH3COOH]

[CH3COONa] + [CH3COOH] = 0,100

0,977[CH3COOH] + [CH3COOH] = 0,100 »» [CH3COOH] = 0,100/1,977 = 0,0500 moL L-1  ***

[CH3COONa] = 0,100 - 0,0506 = 0,0494 moL L-1 ****

As concentrações de ácido e de sal calculadas acima são as concentrações na solução tampão. Considerando que a solução tampão é preparada a partir das soluções estoque (ácido acético 2,5 moL L-1 e acetato de sódio 1,3 moL L-1), o que devemos fazer agora, é calcular o volume de cada solução estoque a ser utilizado para se preparar a solução tampão.

Para o ácido: (2,5.Va) = (0,0506.250) → Qual volume da solução inicial (2,5 moL L-1) devemos utilizar para preparar 250,00 mL (V final da solução tampão) cuja concentração de ácido é 0,0506 moL L-1.

Va = 5,06 mL ***

Para o sal: (1,3.Vs) = (0,0494.250) → Qual volume da solução inicial (1,3 moL L-1) devemos utilizar para preparar 250,00 mL (V final da solução tampão) cuja concentração de ácido é 0,0494 moL L-1.

Vs = 9,50 mL ***

Se somarmos Va com Vs, obteremos 14,56 mL que, ao contrário do que vimos no preparo de solução tampão sem concentração conhecida, não é o Vf ou Vt da solução tampão. Para alcançarmos o volume final da solução tampão, devemos acrescentar água. Mas quanto de água?

VH2O = 250 – (5,06 + 9,50) = 235,44 mL ***

No caso de uma solução tampão com concentração conhecida devemos adicionar água para procedermos a diluição das soluções estoque e chegarmos nas concentrações das espécies que formam a solução tampão ([CH3COOH] = 0,0506 moL L-1 e [CH3COONa] = 0,0494 moL L-1). ***

Para se preparar esta solução tampão devemos misturar 5,06 mL de ácido acético 2,5 moL L-1 com 9,50 mL de acetato de sódio 1,3 moL L-1 e com 235,44 mL de água.

• Exemplo 2: Como preparar 1.000,00 mL de uma solução tampão cujo pH é 9,1 e concentração final 0,130 moL L-1 a partir de uma solução de amônia (NH3; Kb = 1,75.10-5) 2,0 moL L-1 e de solução de cloreto de amônio (NH4Cl) 1,5 moL L-1.

Esta solução tampão é preparada pela mistura direta do par conjugado.

Calculando a razão sal/base: [NH4Cl]/[NH3] =104,9-4,76 = 100,14 = 1,38

A concentração final diz respeito à soma das concentrações das espécies que formam a solução tampão que é igual a 0,130 moL L-1, ou seja, [NH4Cl] + [NH3] = 0,130 moL L-1.

Com a razão sal/base e a soma das concentrações das espécies que formam a solução tampão, caímos em um sistema:

[NH4Cl]/[NH3] = 1,38»» [NH4Cl] = 1,38[NH3]

1,38[NH3] + [NH3] = 0,130

1,38[NH3] + [NH3] = 0,130 »» [NH3] = 0,130/2,38 = 0,0546 moL L-1 ***

[NH4Cl] = 0,130 - 0,0546 = 0,0754 moL L-1 ****

As concentrações de base e de sal calculadas acima são as concentrações na solução tampão. Considerando que a solução tampão é preparada a partir das soluções estoque (amônia 2,0 moL L-1 e cloreto de amônio 1,5 moL L-1), o que devemos fazer agora, é calcular o volume de cada solução estoque a ser utilizado para se preparar a solução tampão.