Soluções Buffer: Recursos, Preparação, Exemplos

As soluções tampão ou tampões são aqueles que podem reduzir as alterações no pH devido a H + iões 3 O + e OH . Na ausência destes, alguns sistemas (como fisiológicos) são prejudicados, pois seus componentes são muito sensíveis a mudanças bruscas de pH.

Assim como os amortecedores nos carros reduzem o impacto causado por seus movimentos, os amortecedores fazem o mesmo, mas com a acidez ou basicidade da solução. Além disso, as soluções tampão estabelecem uma faixa de pH específica dentro da qual são eficientes.

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Caso contrário, os íons H 3 O + acidificarão a solução (o pH cai para valores abaixo de 6), resultando em uma possível alteração no desempenho da reação. O mesmo exemplo pode ser aplicado para valores básicos de pH, ou seja, maiores que 7.

Caracteristicas

Composição:

Em essência, eles são compostos de um ácido (HA) ou uma base fraca (B) e sais de sua base ou ácido conjugado. Consequentemente, existem dois tipos: tampões ácidos e tampões alcalinos.

tampões ácidos correspondem a emparelhar HA / Um em que A , é a base conjugada do ácido fraco HA e interage com , como o Na + – para formar sais de sódio. Assim, o par permanece como HA / NaA, embora também possam ser sais de potássio ou cálcio.

Quando derivado da HA ácida fraca, umedece as faixas de pH ácido (inferiores a 7) de acordo com a seguinte equação:

HA + OH => A + H 2 S

No entanto, por ser um ácido fraco, sua base conjugada é parcialmente hidrolisada para regenerar parte do AH consumido:

Um + H 2 O + OH <=> HA

Por outro lado, os tampões alcalinos consistem no par B / HB + , onde HB + é o ácido conjugado da base fraca. Geralmente, o HB + forma sais com íons cloreto, deixando o par como B / HBCl. Esses buffers protegem os intervalos básicos de pH (maiores que 7):

B + H 3 O + => HB + + H 2 O

E, novamente, o HB + pode ser parcialmente hidrolisado para regenerar parte do B consumido:

HB + + H 2 O + H <=> B 3 O +

Neutralizar ácidos e bases

Enquanto os tampões ácidos tamponam o pH ácido e o pH alcalino, ambos podem reagir com os íons H 3 O + e OH por meio desta série de equações químicas:

A + H 3 O + => HA + H 2 O

HB + + OH => B + H 2 S

Assim, para o caso de duas HA / A , TEM reage com os iões OH- enquanto que A A base conjugada- reage com H 3 O + . Quanto ao par B / HB + , B reage com os íons H 3 O + , enquanto HB + – seu ácido conjugado – com OH .

Isso permite que ambas as soluções tampão neutralizem as espécies ácidas e básicas. O resultado do exposto acima versus, por exemplo, a adição constante de mols de OH , é a diminuição da variação do pH (ΔpH):

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Na imagem de amortecimento pH acima mostrado contra uma base forte (doador OH ).

Inicialmente, o pH é ácido devido à presença de HA. Quando a base forte é adicionada, as primeiras moles de A são formadas e o buffer começa a entrar em vigor.

No entanto, há uma área da curva em que a inclinação é menos pronunciada; isto é, onde o amortecimento é mais eficiente (caixa azulada).

Eficiência

Existem várias maneiras de entender o conceito de eficiência do buffer. Uma delas é determinar a segunda derivada da curva de pH versus o volume base, limpando V para o valor mínimo, que é Veq / 2.

Veq é o volume no ponto de equivalência; Este é o volume de base necessário para neutralizar todo o ácido.

Outra maneira de entender é através da famosa equação de Henderson-Hasselbalch:

pH = pK a + log ([B] / [A])

Aqui B denota a base, A, o ácido e pK a é o menor logaritmo da constante de acidez. Esta equação se aplica às espécies ácidas HA e ao ácido conjugado HB + .

Se [A] for muito grande em relação a [B], o log () assume um valor muito negativo, que é subtraído de pK a . Se, pelo contrário, [A] é muito pequeno em relação a [B], o valor de log () assume um valor muito positivo, que é adicionado ao pK a . No entanto, quando [A] = [B], o log () vale 0 e o pH = pK a .

O que significa tudo o que foi dito acima? Esse ΔpH será maior nos extremos considerados para a equação, enquanto será mínimo com um pH igual a pK a ; e como pK a é característica de cada ácido, esse valor determina o intervalo de pK a ± 1.

Os valores de pH dentro dessa faixa são aqueles em que o buffer é mais eficiente.

Preparação

Para preparar uma solução tampão, é necessário ter em mente as seguintes etapas:

– Conheça o pH necessário e, portanto, o que você deseja manter o mais constante possível durante a reação ou o processo.

– Conhecendo o pH, procuramos entre todos os ácidos fracos, aqueles cujo pK a está mais próximo desse valor.

– Escolha as espécies de HA e calcule a concentração do tampão (dependendo da quantidade de base ou ácido necessária para neutralizar), a quantidade necessária de seu sal de sódio é pesada.

Exemplos

O ácido acético tem um pKa um de 4,75, CH 3 COOH; por conseguinte, uma mistura de determinadas quantidades deste ácido e acetato de sódio, CH 3 COONa, formar um tampão que amortece de forma eficiente na gama de pH (3,75-5,75).

Outros exemplos de ácidos monopróticos são o ácido benzóico (C 6 H 5 COOH) e fórmico ácido (HCOOH). Para cada um destes valores de pK um são 4,18 e 3,68; portanto, seu pH varia com o maior amortecimento são (3.18-5.18) e (2.68-4.68).

Além disso, os ácidos polipróticos tais como o ácido fosfórico (H 3 PO 4 ) e de carbono (H 2 CO 3 ) tem muitos valores de pK a de protões pode ser libertado. Assim, o H 3 PO 4 tem três pKa um (2,12, 7,21 e 12,67) e H 2 CO 3 tem dois (6352 e 10329).

Se desejado para manter um pH de 3 em uma solução, pode-se escolher entre o buffer de HCOONa / HCOOH (pKa um = 3,68) e NaH 2 PO 4 / H 3 PO 4 (pKa um = 2,12).

O primeiro tampão, o de ácido fórmico, está mais próximo do pH 3 do que o tampão de ácido fosfórico; portanto HCOONa / HCOOH amortece melhor pH 3 NaH 2 PO 4 / H 3 PO 4 .

Referências

  1. Day, R., & Underwood, A. Quantitative Analytical Chemistry (quinta ed.). PEARSON Prentice Hall, p. 188-194.
  2. Avsar Aras. (20 de abril de 2013). Mini Choques Recuperado em 9 de maio de 2018, de: commons.wikimedia.org
  3. Wikipedia (2018). Solução tampão Recuperado em 09 de maio de 2018, de: en.wikipedia.org
  4. Assoc. Lubomir Makedonski, PhD. [Doc.] Soluções tampão Universidade Médica de Varna.
  5. Chem Collective Tutoriais de buffer. Recuperado em 09 de maio de 2018, de: chemcollective.org
  6. askIITians. (2018). Solução tampão Recuperado em 9 de maio de 2018, de: askiitians.com
  7. Quimicas.net (2018). Exemplos de soluções tampão, tampão ou tampão. Recuperado em 9 de maio de 2018, de: quimicas.net

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