16.2
Tampões
Uma solução que contenha quantidades apreciáveis de um par ácido-base conjugado fraco é chamada de solução tampão, ou um tampão. As soluções tampão re…
Adicionando uma pequena quantidade de ácido ou base para uma solução pode causar o diminuir ou aumentar o pH. No entanto, muitos produtos químicos e processos bioquímicos precisam de um pH estável para funcionar. Os amortecedores podem evitar uma alteração do pH de uma solução quando a sua capacidade de amortecimento não é excedida.
Os amortecedores contêm um ácido fraco e a sua base conjugada ou uma base fraca e o seu ácido conjugado. Por exemplo, o sangue humano mantém o seu pH próximo de 7, 4 com um amortecedor composto por ácido carbónico, um ácido fraco, e íons de bicarbonato, a sua base conjugada. Os pares de ácidos-base conjugados formam amortecedores uma vez que não neutralizam o seu ácido conjugado ou base.
Por exemplo, ácido acético e o acetato não pode reagir. No entanto, se o ácido acético, um ácido fraco e o amoníaco, uma base fraca, são somados, eles irão reagir para formar um acetado de sal-amónio. Num amortecedor, o ácido fraco neutraliza qualquer base adicional reagindo com os íons hidróxidos produzidos, enquanto que a sua base conjugada neutraliza qualquer ácido adicionado reagindo com quaisquer íons hidrônicos.
Um mecanismo semelhante funciona no caso de uma base fraca e o seu ácido conjugado. Dois copos, X e Y, contêm o mesmo volume de diferentes soluções, cada um com um pH de 7, 2. A solução num copo X não é amortecido.
Em contrapartida, a solução na proveta Y contém um amortecedor de ácido acético. Se for adicionado ácido clorídrico ao copo X, o pH da solução cai subitamente devido ao aumento da concentração de íons hidrônicos. Em contrapartida, a solução na proveta Y mostra um ph quase constante quando o ácido clorídrico é-lhe adicionado porque um de os componentes amortecedores, o acetato, reage com o ácido clorídrico para produzir um íon de cloreto e ácido acético.
Da mesma forma, se o hidróxido de sódio for adicionado ao copo X, o pH da solução será de repente aumentada devido ao aumento da concentração de íons hidróxidos. Por outro lado, a solução na proveta Y mostra uma alteração mínima de pH quando o hidróxido de sódio é-lhe adicionado, como um dos componentes amortecedores, ácido acético, que reage com o hidróxido de sódio e produz acetato de sódio e uma molécula de água. O amortecedor pode impedir a alteração do pH de uma solução desde que a concentração do par ácido-base conjugado numa solução seja superior à adição de ácido forte ou base.
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Q1: What is a buffer solution and why is it important?
A buffer solution contains a weak acid and its conjugate base, or a weak base and its conjugate acid. Buffers resist pH changes when small amounts of strong acid or base are added, which is critical for chemical and biochemical processes. For example, human blood maintains pH near 7.4 using a carbonic acid-bicarbonate buffer system.
Q2: How does a buffer prevent drastic pH changes?
When acid is added, the conjugate base component neutralizes hydronium ions. When base is added, the weak acid component neutralizes hydroxide ions. This conversion of strong acids and bases into weak conjugate pairs causes minimal pH change. The buffer works as long as the conjugate acid-base pair concentration exceeds the added strong acid or base.
Q3: Why don't conjugate acid-base pairs neutralize each other?
Conjugate acid-base pairs, such as acetic acid and acetate, do not react with each other because they are in equilibrium. However, when a weak acid like acetic acid is mixed with a weak base like ammonia, they will react to form a salt. This distinction is fundamental to buffer formation and stability.
Q4: What happens when you add strong acid to a buffered versus unbuffered solution?
In an unbuffered solution, adding strong acid causes a sharp pH drop due to increased hydronium ion concentration. In a buffered solution, the acetate component reacts with the added acid, producing acetic acid and chloride ions, resulting in minimal pH change. This demonstrates the protective effect of buffers.
Q5: What are common examples of buffer solutions?
Common buffers include acetic acid with sodium acetate, and ammonia with ammonium chloride. The acetic acid-acetate buffer consists of a weak acid and its salt, while the ammonia-ammonium chloride buffer consists of a weak base and its salt. Both effectively resist pH changes in their respective pH ranges.
Q6: What limits a buffer's ability to resist pH change?
A buffer can prevent drastic pH changes only when the concentration of the conjugate acid-base pair is higher than the concentration of added strong acid or base. Once this buffering capacity is exceeded, the buffer loses its protective effect and pH changes become significant.
Q7: How does adding strong base to a buffer solution work?
When strong base like sodium hydroxide is added to a buffer, the weak acid component reacts with it, producing sodium acetate and water. This reaction shifts the acid ionization equilibrium to the right, restoring hydronium ion concentration and maintaining relatively stable pH despite the base addition.