Baixe Soluçao tampão e outras Notas de estudo em PDF para Química, somente na Docsity! 59 QUÍMICA NOVA NA ESCOLA N° 20, NOVEMBRO 2004 Recebido em 21/8/03, aceito em 23/8/04 Uma proposta experimental para soluções tamponantes As soluções tampões são solu-ções que resistem a mudan-ças de pH quando a elas são adicionados ácidos ou bases ou quando uma diluição ocorre. Essa resistência é resultado do equilíbrio entre as espécies participantes do tampão. Um tampão é constituído de uma mistura de um ácido fraco e sua base conjugada ou de uma base fraca e seu ácido conjugado. Exemplos de soluções tampões Ácido acético + acetato de sódio Ácido bórico + borato de sódio Ácido cítrico + citrato de sódio Ácido fosfórico + fosfato de sódio Amônia + cloreto de amônio Os tampões têm um papel impor- tante em processos químicos e bio- químicos, nos quais é essencial a manutenção do pH. Assim, muitos processos industriais e fisiológicos requerem um pH fixo para que deter- minada função seja desempenhada. Por exemplo, o sistema tampão HCO3 –/H2CO3 é importante fisiologica- mente, uma vez que controla o trans- porte de CO2 no sangue e o pH do mesmo (Fiorucci et al., 2001). José Carlos Marconato, Sandra Mara M. Franchetti e Roberto José Pedro Neste experimento são utilizados vinagre branco e hidróxido de sódio comercial para preparar tampões com diferentes capacidades tamponantes. Extrato de repolho roxo (indicador ácido-base) é usado para a verificação das propriedades desses tampões. solução tampão, capacidade tamponante, ensino alternativo Como agem os tampões? Os tampões têm a propriedade de resistir a mudanças no pH. Isto ocorre porque essas soluções contêm um componente ácido e um básico em sua constituição. Para que possamos entender o mecanismo de ação des- sas soluções, vamos considerar o sis- tema tampão ácido acético e acetato de sódio. Desde que o sal (acetato de sódio) é um eletrólito forte, em solução aquo- sa estará completamente dissociado: O ácido acético estará em equilí- brio com seus íons: CH3COOH(aq) CH3COO –(aq) + H+(aq) A constante de ionização para o ácido acético é dada por: É importante ressaltar que, na solução tampão, a principal contribui- ção para a concentração de íons acetato, a base conjugada do ácido acético, é proveniente do sal. Portan- to, a ionização do ácido acético é negligenciável frente ao excesso de sal (efeito do íon comum), assim co- mo é negligenciável a hidrólise do íon acetato frente ao excesso de ácido acético. Por isso, é possível reescre- ver a expressão da constante de equi- líbrio para o ácido acético, substi- tuindo-se o termo [CH3COO –] (que representa a base conjugada do ácido) por [Sal]: Assim, é possível verificar o que acontece com uma solução tampão, composta por ácido acético e acetato de sódio, quando a ela for adicionado um ácido ou uma base fortes. Adição de ácido Se um ácido for adicionado a um tampão, ocorrerá uma elevação da concentração dos íons H+ no meio (uma perturbação ao equilíbrio); de acordo com o princípio de Le Chate- lier, essa perturbação será neutrali- zada pela base conjugada do tam- pão, restabelecendo o estado de 60 QUÍMICA NOVA NA ESCOLA N° 20, NOVEMBRO 2004Uma proposta experimental para soluções tamponantes equilíbrio, e o pH da solução irá variar pouco, conforme a reação abaixo: Adição de base Se uma base for adicionada a um tampão, ocorrerá uma elevação da concentração dos íons OH– no meio (uma perturbação ao equilíbrio); de acordo com o princípio de Le Chate- lier, essa perturbação será neutraliza- da pelo ácido acético do tampão, restabelecendo o estado de equilí- brio, e o pH da solução irá variar pou- co, conforme a reação abaixo: É importante lembrar que existe um limite para as quantidades de áci- do ou de base adicionadas a uma solução tampão antes que um dos componentes seja totalmente consu- mido. Esse limite é conhecido como a capacidade tamponante de uma solução tampão e é definido como a quantidade de matéria de um ácido ou base fortes necessária para que 1 litro da solução tampão sofra uma variação de uma unidade no pH (Skoog et al., 2001; Lima et al., 1995). pH dos tampões: equação de Henderson-Hasselbalch Os sistemas tampões são esco- lhidos de acordo com a faixa de pH que se deseja tamponar, utilizando- se a equação de Henderson-Hassel- balch. Com o propósito da derivação dessa equação, algumas conside- rações serão feitas a seguir. De acordo com a teoria de ácidos e bases de Brönsted-Lowry, um ácido (HA) é uma espécie química doadora de prótons (H+) e uma base (B) é uma espécie química aceptora de prótons. Após o ácido (HA) perder seu próton, diz-se existir como base conjugada (A–). Da mesma maneira, uma base protonada é dita existir como ácido conjugado (BH+). Segundo a teoria de pares conju- gados ácido-base de Brönsted- Lowry, o íon acetato é a base conju- gada do ácido acético. Para a reação de dissociação do ácido acético em meio aquoso descrita anteriormente, pode-se escrever a seguinte cons- tante de equilíbrio: Rearranjando essa expressão, tem-se: Aplicando-se -log10 em ambos os lados da expressão acima e como por definição pKa = -log10 Ka e pH = - log10 [H+ ], tem-se: ou ou, ainda, Esta é a equação de Henderson- Hasselbalch, apenas uma forma rear- ranjada da expressão da constante de equilíbrio Ka, porém extremamente útil no preparo de tampões, pois além de permitir encontrar a proporção exata dos constituintes para a obten- ção do pH desejado, possibilita esti- mar variações no pH dos tampões, quando da adição de H+ ou de OH–. Também permite o cálculo rápido do pH do tampão, quando a proporção dos componentes é conhecida. Objetivos Permitir ao professor uma aborda- gem prática do tema soluções tampões, através de uma proposta experimental simples, passível de ser realizada em qualquer escola pública do Ensino Médio, utilizando materiais de baixo custo e facilmente encon- trados no mercado. Além do assunto soluções tam- pões, este experimento permite ao professor uma abordagem ampla de assuntos relacionados, conforme o quadro acima. Materiais e métodos • Vinagre branco • Hidróxido de sódio comercial • Extrato de repolho roxo • 1 copo plástico ou equivalente de 50 mL • 3 copos plásticos ou equivalen- tes de 500 mL • Seringas de 5 e 10 mL • Solução de HCl 0,1 mol L-1 • Solução de NaOH 0,1 mol L-1 • Conta-gotas • Balança técnica Preparação das soluções com diferentes capacidades tamponantes No Quadro 1, ilustra-se o proce- dimento experimental para a prepa- ração das soluções tampões de dife- rentes concentrações. Quando se adiciona hidróxido de sódio à solução de ácido acético (vinagre), ocorre a neutralização do ácido, conforme reação abaixo: CH3COOH(aq) + NaOH(aq) → CH3COONa(aq) + H2O(l) Neste experimento, propõe-se que as variações do pH das soluções tampões com diferentes capacidades tamponantes sejam acompanhadas através da utilização de indicadores ácido-base (Lima et al., 1995; Terci e Rossi, 2002; Dias et al., 2003). Resultados Proposta A Após a preparação dos tampões, propõe-se que a abordagem do tema tenha início demonstrando-se o que Quadro 1: Esquema do procedimento ex- perimental para a preparação das solu- ções tampões.