Buffers

Os tampões são soluções que trabalham para manter um pH constante em um sistema, independentemente da adição de ácidos ou bases fortes. Na ausência de tampões, a adição de um ácido forte ou de uma base a uma solução altera significativamente o pH. Os amortecedores são cruciais na vida cotidiana. Por exemplo, o sangue atua como um tampão e é capaz de manter um pH entre 7,35 e 7,45, pois um pH acima de 7,8 ou abaixo de 6,8 pode causar a morte.

Então, como funciona um buffer? Um tampão é essencialmente um ácido ou base fraca e sua base conjugada ou ácido em equilíbrio entre si. Tomemos, por exemplo, um tampão feito de ácido acético e acetato de sódio. A solução tampão contém um ácido fraco e seu sal conjugado, que se dissocia para formar o acetato de base conjugado. A solução é ácida porque o K_a do ácido acético é maior que o K_b da base conjugada.

Lembre-se de que a constante de dissociação, K_a ou K_b, define a força do ácido ou base, respectivamente, pois é a constante de equilíbrio para a dissociação do composto em água. A constante de dissociação também pode ser representada como pK_a, ou o log negativo de K_a, onde quanto menor o pK_a, mais forte é o ácido. O mesmo vale para pK_b, onde quanto menor o pK_b, mais forte é a base.

Voltando ao tampão acetato, se adicionarmos uma base forte, como hidróxido de sódio, os íons hidróxido reagem com os íons hidrônio presentes na solução. Isso faz com que mais ácido acético reaja com a água para retornar ao equilíbrio, formando assim mais íons hidrônio. Se adicionarmos um ácido forte, como o ácido clorídrico, mais íons hidrônio são formados em solução. Esses íons reagem com os íons acetato para formar mais ácido acético. Em ambos os casos, há muito pouca alteração no pH da solução.

Lembre-se de que cada tampão tem uma faixa de pH específica onde pode tamponar uma solução. Aqui mostramos uma curva de titulação para nosso tampão de ácido acético. O intervalo de buffer é realçado. Esta região é determinada pela equação de Henderson-Hasselbalch, que nos diz que o pH do tampão é determinado pelo K_a do ácido fraco e pela razão entre a base conjugada e o ácido fraco.

Longe desse pH, o ácido fraco ou a base do tampão se esgotam e não podem tamponar o pH. Portanto, ao selecionar um tampão para sua aplicação, escolha um cujo pK_a esteja próximo do pH desejado.

Finalmente, todos os tampões têm um limite para sua capacidade tampão, ou seja, a quantidade de ácido ou uma base que pode ser adicionada à solução tampão antes que o pH mude significativamente. Por exemplo, se adicionarmos muito ácido à nossa solução tampão de ácido acético e acetato de sódio, protonaremos todos os íons acetato e acumularemos muitos íons hidrônio, diminuindo assim o pH.

Da mesma forma, se adicionarmos muita base, desprotonaremos todo o ácido acético e acumularemos muitos íons hidróxido, aumentando assim o pH. Assim, a capacidade tampão é influenciada pela concentração do ácido fraco e do sal conjugado. Portanto, um tampão de acetato de 1 molar tem uma capacidade de tamponamento maior do que um tampão de acetato de 0,1 molar.

Neste laboratório, você preparará e examinará tampões com uma ampla variedade de faixas de pH. Em seguida, você usará seus tampões para determinar o pK_a de um indicador de pH, chamado vermelho neutro, e explorará a mudança no pK_a do vermelho neutro quando a proteína de ligação à riboflavina é introduzida.