Preparação e propriedades da solução tampão.

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Preparação e propriedades da solução tampão.

  1. 1. Preparação e propriedades da solução tampão Universidade Federal do Ceará Química Geral II Paulo George Cavalcante de Freitas 0337845 Judith Feitosa
  2. 2. 1. Objetivos Preparar soluções tampões com pH diversos e de modos diferentes; Observar e entender as propriedades e funcionamento das soluções tampão; Determinar a capacidade tamponante de diferentes soluções tampões.
  3. 3. 2. Introdução Nas soluções em geral é necessária apenas uma pequena quantidade de um ácido forte para alterar drasticamente o pH . Para algumas experiências , no entanto , é desejável manter um pH relativamente constante ao passo que os ácidos ou bases são adicionados à solução. As soluções tampões são projetadas para preencher esse papel. Químicos usam tampões rotineiramente para moderar o pH de uma reação . A Biologia encontra usos múltiplos para tampões que vão desde o controle do pH do sangue ate assegurar que a urina não atingir níveis dolorosamente ácidas. Um tampão é simplesmente uma mistura de um ácido fraco e a sua base conjugada ou uma base fraca e o seu ácido conjugado. Os tampões reagem com qualquer ácido ou base adicionados para controlar o pH. Um tampão funciona através da substituição de um ácido ou base forte com um fraco. Próton do ácido forte é substituído por íons do ácido fraco. A base forte é substituída pela base fraca. Estas substituições de ácidos e bases fortes para os mais fracos dar aos tampões sua capacidade extraordinária de moderar o pH . Quando os íons de hidrogênio são adicionados a um tampão, estes serão neutralizado pela base presente no mesmo. Hidroxilas, serão neutralizadas pelo ácido. Estas reações de neutralização não tem muito efeito sobre o pH global da solução tampão. Quando se seleciona um ácido por uma solução tampão, tenta-se escolher um ácido que tem um pKa perto do pH desejado. Isto dará ao tampão quantidades quase equivalentes de ácido e de base conjugada por isso ele será capaz de neutralizar tanto H + e OH- quanto for possível.
  4. 4. 3. Procedimento experimental e resultados Parte 1 – Preparação de um tampão de ácido acético/acetato de sódio com pH = 5,2 (solução tampão A) A fim de preparar uma solução de 50,0mL de ácido acético 1 mol/L foram feitos os seguintes cálculos. Tendo em vista que a massa molar do ácido acético é 60g/mol, calculou-se a massa necessária para preparar a solução: Como o acido acético é liquido foi necessário calcular quantos mL deveriam ser utilizados. A densidade do acido é 1,05g/mL e sua concentração é 99,7%.
  5. 5. Assim, foi preparada a solução de 50 mL de acido acético, sabendo que a quantidade necessária era de 2,9 mL do acido. Em seguida 10 mL da solução preparada foi pipetada para um balão volumétrico de 100 mL. Logo após, foi calculada a quantidade necessária de acetato de sódio necessária para produzir uma solução tampão com pH de 5,2. Como o pKa do ácido acético é 4,74 e sua concentração é 0,1 mol/L podemos calcular a concentração necessária de acetato de sódio para formar a solução tampão. Com a concentração necessária em mãos e sabendo a massa molar do acetato (136g/mol) calculou-se a quantidade de gramas que devem ser utilizadas para formar o tampão:
  6. 6. Foram adicionados 3,92 g de acetato de sódio ao acido acético para formar o tampão desejado, o volume foi completado ate 100 mL com água destilada. Com um medidor de pH foi determinado o pH real da solução tampão , que foi de 5,24. Parte 2 – Preparação da solução tampão por titulação (solução tampão B) Adicionou-se 10 ml da solução de acido acético 1mol/L que foi preparada na parte 1 a um balão de 100 mL que foi completado com água destilada ate a aferição. Essa solução foi dividida em duas partes A e B. Uma das partes foi titulada com NaOH 0,5 mol/L utilizando-se a fenolftaleína como indicador. Foram utilizadas 8,5 mL de base na titulação. Logo após as duas partes foram misturadas e o pH foi medido, dando 4,68. Parte 3 – Verificação das propriedades de um tampão Em 25 mL do tampão B foi adicionado 1 mL de HCl 0,5 mol/L o pH foi medido dando 4,1. Esse mesmo sistema foi repetido quatro vezes, em cada um foi utilizado soluções diferentes, mas nas mesmas quantidades e concentrações. Os resultados estão presentes na tabela abaixo.
  7. 7. Tabela 1: Soluções contidas em cada sistema e seus respectivos pH. SISTEMAS Tampão B + HCl Tampão B + NaOH H2O + HCl H2O + NaOH pH 4,1 5,2 1,8 12,0 Parte 4 – Determinação da capacidade tamponante, em relação a adição de HCl 0,5 mol/L dos tampões A e B A fim de determinar a capacidade tamponante dos tampões A e B em relação a adição de HCl 0,5 mol/L foi feito o seguinte procedimento, adicionou-se HCl 0,5 mol/L e mediu-se o pH. Logo após, foi adicionada mais uma quantidade de HCl e o pH foi ,novamente, medido. Repetiu-se esse processo nos dois tampões ate que estes estourassem. Os resultados foram colocados na tabela abaixo. Tabela 2: Tampão A e seus respectivos pH na presença de HCl. pH inicial do tampão pH após a adição de 4,0mL de HCl 0,5 mol/L pH após a adição de 8,0mL de HCl 0,5 mol/L pH após a adição de 12,0mL de HCl 0,5 mol/L Tampão A 5,24 4,6 4,2 3,2 Tabela 3: Tampão B e seus respectivos pH na presença de HCl. pH inicial do tampão pH após a adição de 1,0mL de HCl 0,5 mol/L pH após a adição de 2,0mL de HCl 0,5 mol/L pH após a adição de 3,0mL de HCl 0,5 mol/L Tampão B 4,68 4,1 3,2 1,61
  8. 8. Parte 5 – Determinação da capacidade tamponante, em relação a adição de NaOH 0,5 mol/L dos tampões A e B A fim de determinar a capacidade tamponante dos tampões A e B em relação a adição de NaOH 0,5 mol/L foi feito o seguinte procedimento, adicionou-se 2,0 mL de de NaOH 0,5 mol/L e mediu-se o pH. Logo após, foi adicionada mais 2,0 mL de NaOH e o pH foi ,novamente, medido. Repetiu-se esse processo ate que os tampões estourassem. Os resultados foram colocados na tabela abaixo. Tabela 4: Tampão A e seus respectivos pH na presença de NaOH. pH inicial do tampão pH após a adição de 2,0mL de NaOH 0,5 mol.L-1 pH após a adição de 4,0mL de NaOH 0,5 mol.L-1 pH após a adição de 6,0mL de NaOH 0,5 mol.L-1 pH após a adição de 8,0mL de NaOH 0,5 mol.L-1 Tampão A 5,24 5,5 6,32 12,14 12,44 Tabela 4: Tampão A e seus respectivos pH na presença de NaOH. pH inicial do tampão pH após a adição de 2,0mL de NaOH 0,5 mol.L-1 pH após a adição de 4,0mL de NaOH 0,5 mol.L-1 pH após a adição de 6,0mL de NaOH 0,5 mol.L-1 Tampão B 4,68 5,43 12,1 12,43
  9. 9. 4. Discussão Na parte 1 do experimento a solução tampão foi feita misturando o acido acético (acido fraco) e seu sal no caso acetato de sódio o pH observado foi 5,24 que era justamente o pH esperado 5,2, isso mostra que o procedimento foi feito de forma correta sem muitos erros ao longo do processo. Na parte 2 a solução tampão é feita através de uma titulação, com o gotejamento de NaOH no meio, o que levou a formação de acetato de sódio como pode ser visto na reação . CH3COOH(aq) + NaOH(aq) ↔ CH3COO-(aq) + Na+ + H2O(l) A fenolftaleína foi utilizada como indicador para mostrar a viragem através de sua mudança de incolor para rosa, essa mudança ocorreu depois de consumir 8,5 mL de NaOH. Levando em conta que o pH esperado dessa solução deveria ser 4,74 valor referente ao pKa do acido acético e na equação de HendersonHasselbalch tanto o acetato quanto o acido acético tem concentrações iguais esses valores não influenciarão. Assim o pH esperado 4,74 é aproximadamente igual ao pH obtido 4,68. Logo, pode-se afirmar que houve uma boa preparação da solução padrão e a titulação foi bem sucedida. Na parte 3 foi observada algumas das propriedades de um tampão, no primeiro sistema foi utilizado o tampão B com um acido forte, nesse caso o HCl. A reação que ocorre pode ser descrita da seguinte forma: CH3COO-(aq) + H+ ↔ CH3COOH(aq) Nessa reação o íon H+ liberado pelo HCl vai reagir com o íon acetato presente na solução impedindo que o pH do tampão diminua de maneira considerável. No sistema 2 foi utilizado o tampão B com uma base forte, nesse caso o NaOH. A reação que ocorre no sistema é a seguinte: CH3COOH(aq) + OH-(aq) ↔ CH3COO-(aq) + H2O(l)
  10. 10. Nessa reação o íon OH- liberado pelo NaOH é consumido pelo acido acético, impedindo que houvesse uma mudança considerável no pH da solução tampão. Assim, pode-se observar que mesmo com a presença de ácidos e bases considerados fortes a mudança no pH foi discreta, mostrando a capacidade tamponante da solução. No sistema 3 a água é colocada na presença do HCl e com isso o seu pH mudou de forma muito brusca, indo de 5,9 para 1,8 e no sistema 4 a água é colocada na presença do NaOH, o que também causa uma mudança brusca de 5,9 para 12. Essas mudanças bruscas no pH mostram que a água, diferente da solução tampão B, não possui capacidade tamponante considerável. Na parte 4 busca-se observar a capacidade tamponante das soluções em relação a quantidade de HCl, no tampão A pode-se observar que a solução não tem uma mudança considerável com o acréscimo dos primeiros 4 mL de HCl, com o acréscimo de mais 4 mL já se observa um aumento maior na diferença entre o pH inicial e final, com a terceira adição o tampão finalmente estoura, não conseguindo mais contrabalancear a quantidade de H+ presente no meio com a quantidade da base conjugada presente nesse tampão, que é justamente quem vai neutralizar esse H+ em excesso. Já em relação ao tampão B a quantidade de acido colocada em cada sistema foi menor, foi adicionada 1 mL de HCl com o passar dos sistemas. A diferença entre os pHs já se torna evidente no segundo sistema, sendo no terceiro, após 3 mL de HCl que o tampão finalmente estoura, não conseguindo mais neutralizar o excesso de H+ presente no meio. A parte 5 busca observar a capacidade tamponante das soluções em relação a quantidade de NaOH. Nos sistemas com o tampão A foi possível observar que com a adição da base o pH não teve mudança brusca, ate o segundo acréscimo, onde já é possível observar uma mudança considerável no pH, mas foi somente na terceira adição que o tampão estourou, não sendo mais capaz de neutralizar o OH- presente no sistema, essa neutralização é feita pelo acido acético existente no tampão. No tampão B pode-se observar que o tampão estoura muito mais rapidamente que o tampão A, na segunda adição o tampão B já perde sua capacidade tamponante. Assim fica claro que o tampão A tem mais capacidade tamponante que o tampão B.
  11. 11. 5. Conclusão. Diversas soluções tampões com pH diferentes foram feitas, utilizando métodos diferentes. Foi possível observar algumas características dos tampões e compara-las com outras substancias, como a água. Mostrando que somente a solução tampão consegue manter o pH constante na presença de um acido ou base forte, enquanto que a água tem mudanças bruscas no pH. Por fim, foi possível determinar a capacidade tamponante das soluções tampões formadas. O tampão A mostrou de forma clara que possui uma maior capacidade tamponante que o tampão B, como pode ser facilmente observado nas tabelas e discussões acima. 6. Referencias KOTZ, J.C. & TREICHEL, P. JR. (2003). Química e Reações Químicas, Vol. II, LTC. RUSSEL, J.B (1994). Química geral, São Paulo,Vol.I, Editora Mc Graw-Hill do Brasil. BROWN, T. L.; LE MAY JR, H. E.; BURSTEN, B. E.; BURDGE, J. R. Química: A Ciência Experimental. São Paulo: Pearson Education, 2005.

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