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16.4:

Cálculo de Alterações de pH em uma Solução Tampão

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Chemistry
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Calculating pH Changes in a Buffer Solution

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Ocorre uma ligeira alteração do pH numa solução amortecedora mediante a adição de uma pequena quantidade de ácido forte ou a adição de uma pequena quantidade de base forte. Esta alteração de pH é calculada em duas etapas distintas. Primeiro, um cálculo estequiométrico é utilizado para determinar a alteração nas concentrações.Depois, o cálculo do equilíbrio é utilizado para determinar o novo pH da solução, utilizando uma tabela ICE ou a equação de Henderson-Hasselbalch. O pH de um amortecedor contendo dois molares de ambos ácidos hidrofluorídricos e fluoreto de sódio pode ser calculado antes e depois de adicionar um ácido forte ou base. A equação Henderson-Hasselbalch pode ser utilizada para determinar o pH inicial deste amortecedor porque as concentrações são elevadas relativamente ao Ka do ácido fraco, e à alteração das concentrações é inferior a 5 por cento.O pKa para o ácido fluorídrico pode ser calculado para ser 3, 46. Quando a concentração do ácido fraco e da base conjugada numa solução são iguais, o pH é igual ao pKa. Por conseguinte, o pH inicial é de 3, 46.Se 0, 2 mols de ácido clorídrico for adicionado a um litro deste amortecedor, com o pressuposto que provoca uma alteração insignificante no volume, o ácido adicionado é neutralizado por os íons de flúor, produzindo ácido fluorídrico. Isto leva a uma diminuição estequiométrica na concentração de íons de flúor por 0, 2 mols e um aumento igual numa concentração ácida hidrofluorídrica. As novas concentrações podem ser inseridas na equação Henderson-Hasselbalch Quando resolvido, o novo pH é 3, 37, menos do que o pH inicial com valor de 3, 46.Como foi adicionado um ácido forte, há uma diminuição do pH, mas a redução é pequena porque a solução é amortecida. Em contraste, se 0, 1 mols de hidróxido de sódio for adicionado a um litro do amortecedor, com o pressuposto que provoca uma alteração insignificante no volume, a base adicionada é neutralizada através de reação com o ácido fluorídrico. Isto causa uma diminuição estequiométrica na concentração ácida do hidrofluorídrico por 0, 1 mols e um aumento igual do íon de flúor.Utilizando a equação de Henderson-Hasselbalch, o pH da solução é de 3, 50, que é ligeiramente superior ao valor inicial de pH de 3, 46 devido à adição de hidróxido de sódio.

16.4:

Cálculo de Alterações de pH em uma Solução Tampão

Um tampão pode evitar uma queda ou um aumento súbito do pH de uma solução após a adição de um ácido ou base forte até à sua capacidade de tamponamento; no entanto, tal adição de um ácido ou base forte resulta em uma ligeira alteração do pH da solução. A pequena alteração do pH pode ser calculada através da determinação da alteração resultante na concentração dos componentes tampão, ou seja, um ácido fraco e a sua base conjugada ou vice-versa. As concentrações obtidas por meio desses cálculos estequiométricos podem ser utilizadas para determinar o pH final da solução usando a equação de Henderson-Hasselbalch ou uma tabela ICE.

Por exemplo, uma solução tampão contém 0,65 mol de ácido fórmico e formato de sódio. Como a concentração do ácido fraco e da sua base conjugada é a mesma aqui, o pH da solução é igual à pKa do ácido fraco, que é 3,74 neste caso. Se 0,05 mol de HNO3 forem adicionados à solução, as alterações resultantes na concentração do ácido fórmico e do formato de sódio podem ser determinadas através de cálculos estequiométricos, conforme indicado na tabela abaixo.

H+ (aq) HCOO(aq) HCOOH (aq
Antes da adição (M) ~0,00 mol 0,65 mol 0,65 mol
Adição (M) 0,050 mol
Após a adição (M) ~0,00 mol 0,60 mol 0,70 mol

O pH final da solução pode então ser determinado conectando concentrações alteradas de ácido fórmico e de formato de sódio na equação de Henderson-Hasselbalch.

Eq1

Assim, a adição de 0,05 mol de HNO3 reduz o pH da solução de 3,74 para 3,67.

Da mesma forma, se 0,10 mol de NaOH forem adicionados à mesma solução, as alterações resultantes na concentração do ácido fórmico e do formato de sódio podem ser determinadas por cálculos estequiométricos, conforme indicado na tabela abaixo.

OH (aq) HCOOH (aq) HCOO (aq) H2O (l)
Antes da adição (M) ~0,00 mol  0,65 mol 0,65 mol
Adição (M) 0,10 mol ­-
Após a adição (M) ~0,00 mol 0,55 mol 0,75 mol ­-

O pH final da solução pode então ser determinado conectando concentrações alteradas de ácido fórmico e de formato de sódio na equação de Henderson-Hasselbalch.

Eq2

Assim, a adição de 0.10 mol de NaOH aumenta o pH da solução de 3,74 para 3,87.