Soluções Tampão

Soluções Tampão
O que é uma solução-tampão
Soluções-tampão são soluções que não apresentam
variação significativa de pH por adição de pequenas
quantidades de ácido ou de base fortes.
Dulce Campos
27-11-2011
2
Efeito tampão de uma solução
e a sua composição
As soluções-tampão podem ter diversas
composições:
• mistura de ácido fraco de Bronsted-sal da base
conjugada;
• mistura de base fraca de Bronsted-sal do ácido
conjugado;
• ácido forte;
• base forte.
Dulce Campos
27-11-2011
3
Solução Tampão
Para evidenciar o comportamento das
soluções-tampão ter-se-á de comparar a variação
do valor de pH que ocorre em água desionizada e
em cada uma destas soluções, por adição de
pequena quantidade de ácido ou de base forte.
Dulce Campos
27-11-2011
4
Mistura de ácido fraco-sal da
base conjugada
Mistura de ácido acético e acetato de sódio, com concentrações 1,0
moldm-3 (na mistura).
1. O sal é muito solúvel em água e está totalmente dissociado:
2. O ácido está parcialmente ionizado porque é um ácido fraco:
Para a mistura ácido acético e acetato de sódio, a adição do sal
faz com que o equilíbrio (1) evolua no sentido inverso (efeito do
ião comum)
Dulce Campos
27-11-2011
5
Mas como explicar o poder
tampão desta mistura?
Na solução anterior encontram-se:
• ácido acético praticamente não ionizado e por isso com uma
concentração praticamente igual à inicial (grande reserva ácida);
• CH3COO- com concentração praticamente igual à inicial (grande
reserva alcalina);
• concentrações dos iões H3O+(aq) e HO-(aq) bastante inferiores às
das outras partículas.
Dulce Campos
27-11-2011
6
Mas como explicar o poder
tampão desta mistura?
1. Quando uma pequena quantidade de ácido forte é
adicionada à solução-tampão, os iões H3O+(aq) irão
reagir com a base (CH3COO-) e o equilíbrio (1) irá evoluir
no sentido inverso:
•
aumentando a concentração de CH3COOH;
• .diminuindo a concentração de CH3COO-(aq).
Como consequência, o pH da solução-tampão diminuirá
apenas ligeiramente.
Dulce Campos
27-11-2011
7
Mas como explicar o poder
tampão desta mistura?
2. Quando se adiciona uma pequena quantidade de base
forte à solução-tampão, e utilizando um raciocínio
análogo ao anterior:
• os iões HO-(aq) irão reagir com os iões H3O+(aq)
(ácido mais forte do que CH3COOH);
• o sistema evoluirá no sentido direto;
• o pH aumentará apenas ligeiramente.
Dulce Campos
27-11-2011
8
Variação do pH da água
e de uma solução-tampão por adição
de um ácido forte.
Dulce Campos
27-11-2011
9
Conclusões:
A. Em qualquer das situações, como as
concentrações iniciais do ácido e da base
conjugadas são muito superiores às
quantidades de H3O+(aq) ou de HO-(aq)
adicionadas, a variação das concentrações é
muito pequena e a variação do pH da
solução-tampão é muito reduzida e muito
inferior à que ocorreria se essa adição fosse
feita à água.
Dulce Campos
27-11-2011
10
Conclusões
Dulce Campos
27-11-2011
11
Conclusões:
B. Convém realçar que:
• para soluções-tampão em que existe um par
conjugado ácido fraco-base conjugada, uma
diluição não altera o pH da solução, pois ;
afeta de igual modo a concentração do
ácido e da base conjugada;
• No caso do ácido forte ou de base forte,
uma diluição altera de forma significativa o
pH.
Dulce Campos
27-11-2011
12
Mistura de base fraca-sal do
ácido conjugado
Mistura de amoníaco e cloreto de amónio, com concentrações 1,0 moldm-3 (na
mistura).
O sal está totalmente dissociado, uma vez que é muito
solúvel em água
A base está parcialmente ionizada porque é uma base fraca
Dulce Campos
27-11-2011
13
Mistura de base fraca-sal do
ácido conjugado
O efeito tampão desta solução pode explicar-se do seguinte
modo:
1. Quando uma pequena quantidade de ácido forte é
adicionada à solução-tampão, os iões H3O+(aq) vão reagir
com iões HO- {aq) e o equilíbrio (2) irá evoluir no sentido
direto:
• aumentando a concentração de NH4+(aq);
• diminuindo a concentração de NH3(aq).
Como consequência, o pH da solução-tampão diminuirá apenas
ligeiramente.
Dulce Campos
27-11-2011
14
Mistura de base fraca-sal do
ácido conjugado
Quando uma pequena quantidade de base forte é
adicionada à solução-tampão, os iões HO- (aq) irão reagir
com os iões NH4+(aq) e o sistema evoluirá no sentido
inverso:
• diminuindo a concentração de NH4+(aq);
• aumentando a concentração de NH3(aq).
Como consequência, o pH da solução-tampão aumentará
apenas ligeiramente.
Dulce Campos
27-11-2011
15
Mistura de base fraca-sal do
ácido conjugado
Dulce Campos
27-11-2011
16
Solução Tampão
A relação entre as concentrações do ácido e da
base conjugada - relação tampão - não varia de
forma significativa e, por essa razão, o pH da
solução-tampão apresenta uma ligeira variação
do valor de pH, o que não acontece se em vez
da solução-tampão for água.
Dulce Campos
27-11-2011
17
Solução de ácido forte: HCl
0,10 mol dm-3
Um ácido forte como o ácido clorídrico atua como soluçãotampão em situações de pH baixo.
O ácido é forte, está totalmente ionizado, pelo que é fácil
determinar o valor do pH da solução a partir da definição
de pH:
pH = - log [H+(aq)]
Dulce Campos
 pH = 1,00 (a 25'C)
27-11-2011
18
Solução de ácido forte: HCl
0,10 mol dm-3
1. Quando se adiciona 1,0 cm3 de HNO3 1,0 mol dm-3 a 100
cm3 de solução de HCl 0,10 mol dm-3 o valor do pH alterase de 1,00 para 0,96: uma variação de apenas 0,04, sem
qualquer significado.
Esta mesma adição de 1,0 cm3 de HNO3 1,0 mol dm-3 a 100
cm3 de água desionizada altera o pH de 7,00 para 2,00, o que
mostra que a água não tem propriedades tampão.
Dulce Campos
27-11-2011
19
Solução de ácido forte: HCl
0,10 mol dm-3
2. Quando se adiciona 1,0 cm3 de NaHO 1,0 mol dm-3 a 100
cm3 de solução de HCl 0,10 mol dm-3, altera o pH de 1,00
para 1,05.
Esta mesma adição de 1,0 cm3 de NaHO 1,0 mol dm-3 a
100 cm3 de água desionizada altera o pH de 7,0 para
12,0, o que mostra que a água não tem propriedades
tampão.
Dulce Campos
27-11-2011
20
Solução de ácido forte: HCl
0,10 mol dm-3
Relembrando a titulação ácido
forte-base forte e a respetiva
curva de titulação, verifica-se
que, quase até ao ponto de
equivalência, o valor de pH do
titulado
aumenta
muito
lentamente por adição de
solução alcalina. Neste intervalo
a solução ácida apresenta
propriedades tampão
Dulce Campos
27-11-2011
21
Capacidade tampão
1. Como se poderá selecionar a melhor solução-tampão?
A "melhor" solução-tampão será aquela que apresenta
variações de pH pouco significativas, por adição de maiores
quantidades de ácido ou de base fortes - capacidade
tampão.
2. De que depende esta capacidade tampão?
Esta capacidade é tanto maior quanto maiores e mais
próximas forem as concentrações do ácido e da base
conjugada.
Dulce Campos
27-11-2011
22
Capacidade tampão
3. E quando é que esta capacidade tampão pode ser
destruída?
(1)
Se
continuar
a adição
Aconsomese
Dulce Campos
Aumenta
drasticamente
a concentração
de H3O+(aq),
provocando
uma
diminuição
brusca de pH destruição da
capacidadetampão.
(HA/A-)
(2)
27-11-2011
23
Capacidade tampão
• Uma solução-tampão é destruída quando se adiciona
uma grande quantidade de ácido forte, a qual consome
toda a base e não há possibilidade de neutralizar mais
ácido.
• Uma solução-tampão é destruída quando se adiciona
uma grande quantidade de base forte, a qual consome
todo o ácido e não há possibilidade de neutralizar mais
base.
Dulce Campos
27-11-2011
24
Capacidade tampão
Dulce Campos
27-11-2011
25