Relatório Solução Tampão

Relatório Solução Tampão

UNIVERSIDADE ESTADUAL DO OESTE DO PARANÁ

Centro de Engenharias e Ciências Exatas

Campus Toledo

ANGELA CAMILA DUNCKE

JOÃO CEZAR DE ARAUJO

RAQUEL BERTOLDO

RELATÓRIO

PREPARAÇÃO E PROPRIEDADES DA SOLUÇÃO TAMPÃO

TOLEDO-PR

2009

ANGELA CAMILA DUNCKE

JOÃO CEZAR DE ARAUJO

RAQUEL BERTOLDO

RELATÓRIO

PREPARAÇÃO E PROPRIEDADES DA SOLUÇÃO TAMPÃO

Relatório apresentado à disciplina de Química Analítica A, do curso de Química – Licenciatura da Universidade Estadual do Oeste do Paraná – UNIOESTE.

Professor: Soraya Palácio

TOLEDO-PR

2009

sumário

  1. INTRODUÇÃO TEÓRICA...................................................................4

  2. OBJETIVOS........................................................................................6

  3. MATERIAIS E MÉTODOS..................................................................7

3.1 CUIDADOS E ADVERTÊNCIAS............................................13

  1. Resultados e discussões......................................................13

  2. COnclusão....................................................................................15

  3. REFERÊNCIAS.................................................................................16

  1. INTRODUÇÃO TEÓRICA

As soluções tampão são formadas por um ácido fraco e um sal desse ácido, ou por uma base fraca e um sal dessa base. Elas são preparadas dissolvendo-se os solutos em água.

Soluções tampão são soluções que atenuam a variação dos valores de pH, mantendo-os constantes mesmo com a adição de pequenas quantidades de ácidos ou bases, ou quando ocorre diluição. A função de um agente tamponador é conduzir uma solução ácida ou alcalina a um certo pH e prevenir a mudança deste pH. Essa resistência do pH é resultado do equilíbrio entre as espécies participantes do tampão. Usando o princípio de Le Chatelier"quando se provoca uma perturbação sobre um sistema em equilíbrio, este se desloca no sentido que tende a anular esta perturbação, procurando ajustar-se a um novo equilíbrio”, portanto um agente tamponador sustenta esta faixa de concentração por prover o ácido ou base conjugada correspondente para estabilizar o pH ao que está sendo adicionado.

Existe, porém um limite para as quantidades de ácido ou de base adicionadas a uma solução tampão antes que um dos componentes seja totalmente consumido. Este limite é conhecido como a capacidade tamponante de uma solução tampão e é definido como a quantidade de matéria de um ácido ou base forte necessária para que 1 litro da solução tampão sofra uma variação de uma unidade no pH.

Quando uma gota de ácido forte é adicionada à água, o pH muda significativamente. Quando a mesma quantidade, porém, é adicionada a um tampão, o pH praticamente não muda.

Assim como uma esponja só pode absorver certa quantidade de água, um tampão também só pode tamponar certa quantidade de prótons. As fontes e ralos de prótons se esgotam quando quantidades muito grandes de ácidos ou bases fortes são adicionadas á solução. A capacidade tamponante é a quantidade máxima de ácido ou de base que pode ser adicionada sem que o tampão perca sua capacidade de resistir à mudança de pH. O tampão se exaure quando a maior parte da base fraca é convertida em ácido ou quando a maior parte do ácido fraco é convertido em base. Um tampão mais concentrado tem maior capacidade do que um tampão diluído.

A capacidade do tampão também depende das concentrações relativas do ácido fraco e da base fraca. De um modo geral, o que se verifica experimentalmente é que o tampão tem alta capacidade quando a quantidade da base presente é, pelo menos, cerca de 10% da quantidade de ácido. Se isto não acontece, a base é rapidamente consumida quando um ácido forte é adicionado. De forma semelhante, o tampão tem alta capacidade quando a quantidade de ácido presente é, pelo menos, cerca de 10% da quantidade de base. Se isso não acontece, o ácido é rapidamente consumido quando uma base forte é adicionada.

Podem-se usar esses números para expressar a faixa ótima da ação do tampão em termos do pH da solução. A equação de Henderson-Hasselbalch mostra que quando o ácido é 10 vezes mais abundante do que a base ([HA]=10[A-]), o pH da solução é:



Da mesma maneira, quando a base é 10 vezes mais abundante que o ácido ([A-] = 10[HA]), o pH é:



A faixa de concentração, determinada experimentalmente, corresponde a uma faixa de pH igual a 1. Isto é, o tampão age efetivamente dentro de uma faixa de 1 unidade de pKa. Por exemplo, como o pKa de H2PO4- é 7,21, um tampão KH2PO4/K2HPO4 deve ser mais efetivo entre 6,2 e 8,2.

A equação de Henderson-Hasselbalché uma forma rearranjada da expressão da constante de equilíbrio Ka. Além de permitir encontrar a proporção exata dos constituintes para a obtenção do pH desejado, possibilita estimar variações no pH dos tampões, quando se adicionam H+ ou OH. Também permite o cálculo do pH do tampão, quando a proporção dos componentes é conhecida.

Um dos sistemas tampões mais importantes é o do sangue, que permite a manutenção das trocas gasosas e das proteínas. O pH do sangue é de 7,4 e o principal sistema tampão é um equilíbrio entre o ácido carbônico e o íon a ele associado, o bicarbonato. Este sistema evita variações de 0.3 unidades de pH as quais poderiam trazer graves consequências ao ser humano.

  1. OBJETIVOS

  • Preparar uma solução tampão.

  • Testar as propriedades de uma solução tampão, com respeito à adição de ácido e base e à diluição.

  1. MATERIAIS E MÉTODOS

  • Balão volumétrico

  • Conta gotas

  • Pipeta volumétrica

  • Proveta

  • Água destilada

  • Ácido acético concentrado

  • Hidróxido de sódio

  • Acetato de sódio

  • pHmetro

Parte 1: Preparação das Soluções Tampões

Preparou-se uma solução de 500 mL de ácido acético 1M a partir do ácido acético glacial concentrado (98,8% p/p; 1,05 g/cm3; 60,05g/mol), cuja concentração molar é 17,45 M.

M1V1 = M2V2

17,45 x V1 = 1,00 x 500

V1 = 28,7 mL (ácido acético glacial)

Preparou-se então 250 mL de cada uma das seguintes soluções tampões (Tabela 1):

Tabela 1: Preparação das Soluções Tampão

Solução

Tampão

Acetato de sódio (CH3COONa)

Ácido acético 1M (CH3COOH)

A

0,002 M

0,588 M

B

0,020 M

0,580 M

C

0,100 M

0,500 M

D

0,300 M

0,300 M

E

0,500 M

0,100 M

F

0,580 M

0,020 M

A amostra de acetato de sódio utilizada para a preparação das soluções tampões era hidratada, portanto, para que as concentrações exigidas acima fossem as mesmas necessitou-se calcular o rendimento.

  • Massa molar do acetato de sódio: 82,04

  • Massa molar do acetato de sódio hidratado: 136,07

  • Percentual de acetato de sódio: 63,2 %

0,002 mol ------ 100 mL

x ------ 250 mL

x = 5,0 x 10-4 mol

1 mol ------ 136,07 g

5,0 x 10-4 ------ x x

x = 0,068 g

0,068 g ------ 63,2 %

x ------ 100 %

x = 0,107 g (acetato de sódio)

Para a obtenção das soluções tampões da Tabela 1 foram utilizadas as seguintes quantias de ácido acético e acetato de sódio (Tabela 2):

Tabela 2: Quantidade de Reagentes

Solução

Tampão

Acetato de sódio (CH3COONa)

Ácido acético 1M (CH3COOH)

A

0,107 g

147,0 mL

B

1,070 g

145,0 mL

C

5,350 g

125,0 mL

D

16,05 g

75,0 mL

E

26,75 g

25,0 mL

F

31,03 g

5,0 mL

Utilizando equação de Henderson-Hasselbalch, calculou-se o pH esperado para cada uma das soluções tampão.

pH = pKa + log [A+]

[HA]

pH = 4,74 + log 0,002

0,588

pH = 4,74 – 2,47

pH = 2,27

Como sabemos, em uma solução tampão, o pH resultante não é exatamente o esperado. Utilizou-se o pHmetro para determinar o pH exato de cada uma das soluções, como mostra a tabela 3 abaixo:

Tabela 3: Índice de pH das Soluções Tampões

Solução

Tampão

pH esperado

(equação de Henderson-Hasselbalch)

pH exato

(medido com pHmetro)

A

2,27

2,55

B

3,28

3,34

C

4,04

4,05

D

4,74

4,90

E

5,44

5,69

F

6,20

6,51

Parte 2: Determinação da capacidade tamponante das soluções

      • Adição de um ácido forte:

Preparou-se 100 mL de HCl 1 M a partir de HCl concentrado (12,1 M).

M1V1 = M2V2

12,1 x V1 = 1,00 x 100

V1 = 8,26 mL (HCl)

Reservou-se 50 mL de cada uma das seis soluções tampões preparadas anteriormente e adicionou-se 1 mL da solução de HCl 1M. Considerando o equilíbrio: CH3COO- + H+ = H3COOH

Verificou-se o pH da solução após a adição do HCl com o phmetro. Utilizando os valores experimentais de pH calculou-se a variação do mesmo após a adição do ácido: pH = pH (final) – pH (inicial). Como pode se verificar na tabela 4.

Tabela 4: pH dos Tampões após a adição de HCl 1M

Solução

Tampão

pH inicial

pH final

pH ácido

A

2,55

1,67

-0,88

B

3,34

2,85

-0,49

C

4,05

3,96

-0,09

D

4,90

4,84

-0,06

E

5,69

5,56

-0,13

F

6,51

6,10

-0,41

Com os valores obtidos acima se pode construir um gráfico comparando a variação do pH em função do pH inicial da solução tampão (gráfico 1).

      • Adição de uma base forte:

Preparou-se 50 mL de NaOH 1 M.

  • Massa molar de NaOH: 39,99 g/mol

M1V1 = M2V2

39,99 x 1000 = M2 x 50

M2 = 2,00 g (NaOH)

Reservou-se 50 mL de cada uma das seis soluções tampões preparadas anteriormente e adicionou-se 1 mL da solução de NaOH 1M. Considerando a reação de hidrólise do anion acetato: CH3COOH + OH- = CH3COO- + H2O

Verificou-se o pH da solução após a adição de NaOH com o phmetro. Utilizando os valores experimentais de pH calculou-se a variação do mesmo após a adição da base: pH = pH (final) – pH (inicial). Como apresentado na tabela 5 abaixo:

Tabela 5: pH dos Tampões após a adição de NaOH 1M

Solução

Tampão

pH inicial

pH final

pH básico

A

2,55

3,25

0,70

B

3,34

3,57

0,23

C

4,05

4,16

0,11

D

4,90

4,93

0,03

E

5,69

5,79

0,10

F

6,51

8,57

2,06

Com os valores obtidos acima se pode construir um gráfico comparando a variação do pH ao se adicionar NaOH, em função do pH inicial da solução tampão (gráfico 2).

      • Efeitos da diluição sobre a capacidade tamponante:

Selecionou-se a solução tampão que apresentou a maior capacidade tamponante, ou seja, a solução D e a partir dela prepararam-se duas soluções diluídas, empregando os fatores de diluição 1:2 (50 mL de tampão/ 100 mL de H2O destilada; e 1:10 (10 mL de tampão/ 100 mL de H2O destilada).

Verificou-se o pH das soluções diluídas e comparou-se com o valor medido da solução original. Utilizando os valores experimentais de pH calculou-se a variação dos mesmos após a adição da base e do ácido (Tabela 6):

Tabela 6: Efeitos da diluição sobre a capacidade tamponante da Solução Tampão

Tampão D

pH inicial

pH (1 mL de HCl 1M)

pH

(ácido)

pH (1 mL de NaOH 1M)

pH

(básico)

D

4,90

4,84

-0,06

4,93

0,03

D 1:2

4,86

4,75

-0,11

4,99

0,13

D 1:10

4,90

4,38

-0,52

5,52

0,62

3.1 Cuidados e Advertências

  • Para manuseio de ácido clorídrico: O ácido clorídrico é uma soluçãoaquosa, fortemente ácida e extremamente corrosiva, devendo ser manuseado com cuidado. O HCl é irritante e corrosivo para qualquer tecido com o qual tenha contato. A ingestão é extremamente tóxica, podendo ser fatal; sua inalação também pode ser fatal, portanto não respire sem máscaras. Em contato com a pele pode causar queimaduras severas e em contato com os olhos é extremamente irritante.

  • Para manuseio de hidróxido de sódio: altamente corrosivo e pode produzir queimaduras, cicatrizes e cegueira devido à sua elevada reatividade. A ingestão pode causar danos graves e permanentes ao sistema gastrointestinal. Sua inalação em pequenas exposições causa irritação, porém em altas doses pode ser danoso ou mortal. Em contato com a pele os sintomas vão desde irritações leves até úlceras graves. Nos olhos pode causar queimaduras, danos a córnea ou conjuntiva.

  1. Resultados e discussões

A razão do pH calculado teoricamente não corresponder como analisado no experimento se dá devido que o pH é governado pelas atividadesdo ácido e da base conjugados, e não por suas concentrações.

O sistema tampão ácido acético e acetato de sódio, em solução aquosa estará completamente dissociado desde que o sal (acetato de sódio) é um eletrólito forte. O ácido acético estará em equilíbrio com seus íons:

CH3COOH(aq) CH3COO–(aq) + H+(aq)

Na solução tampão, a principal contribuição para a concentração de íons acetato, a base conjugada do ácido acético, é proveniente do sal. Portanto, a ionização do ácido acético é desprezível frente ao excesso de sal (efeito do íon comum), assim como é desprezível a hidrólise do íon acetato frente ao excesso de ácido acético. Por isso, é possível reescrever a expressão da constante de equilíbrio para o ácido acético, substituindo- se o termo [CH3COO–] (que representa a base conjugada do ácido) por [Sal]: Assim, é possível verificar o que acontece com uma solução tampão, composta por ácido acético e acetato de sódio, quando a ela for adicionado um ácido ou uma base fortes.

CH3COOH(aq) + H2O  H3O+(aq) + CH3CO2-

Quando um ácido forte é adicionado a uma solução que contém íons CH3CO2- e moléculas CH3COOH, em concentrações aproximadamente iguais, os íons H3O+ recém chegados transferem prótons para os íons CH3CO2- para formar moléculas CH3COOH e H2O. Como os íons hidrônio adicionados são removidos pelos íons acetato, o pH se mantém, quase inalterado. Se, ao contrário uma pequena quantidade de base for adicionada, os íons OH- da base removem os prótons das moléculas CH3COOH para produzir íons CH3CO2- e moléculas H2O. Como uma base forte foi substituída por uma base fraca, a concentração dos íons OH- permanece praticamente inalterada. Conseqüentemente, a concentração de H3O+ (e o pH) também se mantém quase constante.

  1. COnclusão

Obtivemos êxito na realização do experimento. Os objetivos foram alcançados, pois, a solução tampão foi produzida e testada. Somente a amostra C apresentou um pequeno erro devido à perda de massa de acetato de sódio.

  1. REFERÊNCIAS

VOGEL, Arthur Israel, 1905 - Química analítica qualitativa/ Arthur I. Vogel - São Paulo: Mestre Jou, 1981.

BACAN, Nivaldo. Introdução à semimicroanalise qualitativa, 7º edição, Campinas, SP, editora da Unicamp.

Apostila de Química Analítica A, Profº. Soraya Moreno Palácio. 1º semestre, UNIOESTE-Toledo-PR.

http://pt.wikipedia.org/wiki/%C3%81cido_clor%C3%ADdrico (acesso em 08 de abril de 2009)

http://pt.wikipedia.org/wiki/Naoh(acesso em 08 de abril de 2009)

http://pt.wikipedia.org/wiki/Solu%C3%A7%C3%A3o_tamp%C3%A3o(acesso em 08 de abril de 2009)

http://pt.wikipedia.org/wiki/Agente_tamponador(acesso em 08 de abril de 2009)

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