Capacidade tampão

RKA7MP - Nós vamos conversar sobre capacidade tamponante. A capacidade tamponante é uma propriedade de um tampão, e ela diz o quanto de um ácido ou de uma base você consegue adicionar antes que a solução, antes que o pH da solução, comece a mudar. Basicamente, a capacidade aumenta. Vou escrever aqui: conforme aumenta, eu vou representar capacidade tamponante por CT, conforme a capacidade tamponante aumenta, você pode adicionar mais o ácido ou mais a base antes que o pH comece a mudar. Vou colocar aqui: pode adicionar mais ácido, eu vou abreviar com H⁺, mais prótons, ou mais base, eu vou colocar OH⁻, íon hidróxido, antes... antes de o pH mudar. Esta propriedade parece muito vaga. Então, nós vamos fazer um exemplo, onde a gente consegue ver melhor como isto acontece. O exemplo que nós vamos fazer será com um tampão de ácido acético. Nós sabemos que o ácido acético vai ser CH₃COOH. Vamos colocar aqui um (aq). O ácido acético, nós vamos utilizar uma abreviatura, eu vou chamá-lo de HA. E como esta é uma solução aquosa e ela pode ser reversível, a gente vai colocar estas setas indo para os dois lados. Do lado direito, eu vou ter como produtos um próton, então H⁺, que vai estar em meio aquoso (aq), e eu vou ter ainda o íon acetato, porque eu perdi este próton do ácido acético. Então, eu tenho CH₃COO⁻ em meio aquoso. Nós vamos abreviar este íon acetato como sendo A⁻. A⁻ é a base conjugada do HA, do ácido acético. Vamos ver algumas outras informações deste tampão em particular. O ácido acético vai ter um valor de Ka, a constante de equilíbrio, de 1,8 vezes 10⁻⁵. Se eu tirar -log deste valor de Ka, eu vou ter o pKa. Eu tenho aqui pKa. E, se eu fizer esta conta, o valor que eu vou encontrar vai ser de 4,74. Estas informações vão nos dizer muito sobre o comportamento deste tampão. A última coisa que nós precisamos saber para predizer o comportamento deste tampão é a relação entre A⁻ e HA. Eu tenho aqui a relação entre a concentração de A⁻ sobre a concentração de HA. O valor desta concentração é de 1,82. Usando esta relação, a gente pode calcular o pH. Eu vou escrever aqui: pH inicial. Eu quero saber o pH inicial deste tampão. Vou abreviar. Então, eu tenho o pH inicial. E para eu encontrar o pH, a gente vai utilizar a equação de Henderson-Hasselbalch. E ela diz que o pH vai ser igual ao pKa mais o log da concentração de A⁻, sobre a concentração de HA. Se você não está 100% seguro usando esta equação, se você quer saber de onde esta equação saiu, você pode procurar em outros vídeos que nós já fizemos. Eu recomendo que você faça isso, é sempre bom dar uma revisada. Agora, eu vou substituir os meus valores. Eu tenho aqui que o pH inicial vai ser igual ao pKa, que é 4,74, mais log de 1,82, que é o valor da minha relação. 1,82. Se você fizer esta conta, o seu pH inicial tem que ser igual a 5,00. O que nós vamos fazer agora é olhar 2 tampões diferentes. Estes 2 tampões serão feitos de ácido acético com acetato. Eu vou chamá-los de tampão 1 e tampão 2. Vou marcar aqui. Tampão 1. Vou pegar um pouquinho mais de espaço. Vou fazer em outra cor no canto, o tampão 2. Tampão 2. O tampão 1 vai ter uma relação de A⁻ sobre HA de 1,82. O pH vai ser igual a 5. E, se a concentração de HA, vamos escrever... Primeiro, vou colocar de A⁻, depois eu coloco concentração de HA. A concentração de A⁻ no tampão 1 vai ser de 0,90 molar. E a concentração de HA vai ser igual a 0,49 molar. No segundo tampão, a gente vai ter a mesma relação ácido-base, exceto que, dessa vez, as minhas concentrações vão ser 10 vezes menores que no tampão 1. A concentração de A⁻ vai ser igual a 0,09 molar, e a concentração de HA vai ser igual a 0,049 molar. O que nós vamos fazer é ver o que acontece com o pH destes 2 tampões. Os dois vão começar com pH 5. Vamos ver o que vai acontecer com este valor quando a gente adicionar, vou marcar aqui, adicionar 0,04 mol de NaOH em 1 litro de tampão. Bom, nós sabemos que nós temos um tampão, e nós também sabemos que este tampão vai resistir à mudança de pH. Mas o que exatamente está acontecendo? Qual vai ser a reação quando a gente adicionar o NaOH? Quando você adiciona esta base forte, o hidróxido de sódio, ela vai se dissociar para formar OH⁻. Isso vai reagir com o ácido que a gente tem no tampão. Vamos escrever, eu tenho OH⁻ mais o tampão, CH₃COOH, E nós sempre falamos que uma base forte vai reagir de maneira irreversível. Vamos ver o que acontece, o que nós vamos ter de produtos. Este próton vai reagir com o OH⁻. Então, a gente vai formar água, H₂O. E eu ainda vou ficar com 1 íon acetato, porque eu perdi 1 próton que eu tinha no ácido acético. Então, eu vou formar aqui CH₃COO⁻. O íon hidróxido vai reagir em uma relação de 1 para 1 neste ácido fraco que a gente tem. A gente vai produzir o íon acetato que é o equivalente da nossa base. Agora, nós podemos usar esta informação para calcular o que acontece com um tampão quando a gente adiciona 0,04 mols de NaOH. Já que nós vamos adicionar esta quantidade de mols de NaOH, quer dizer que o hidróxido de sódio vai reagir com o ácido. A concentração de ácido acético que a gente tem vai cair 0,04 molar. Então, -0,04 molar. E a nova concentração de ácido acético vai ser igual a 0,45 molar. Isso quando eu adiciono hidróxido de sódio. Mas o que vai acontecer com a concentração na base? Lembre-se que quando a gente adicionou o NaOH, ele reagiu com o ácido e a gente formou mais base. Isso quer dizer que a gente vai ganhar esta concentração de 0,04 molar em base. Agora, a nova concentração vai ser 0,94 molar. Agora que a gente tem as concentrações, a gente pode escrever a equação de Henderson–Hasselbalch utilizando estes valores, e a gente vai encontrar o pH. Eu sei que o pH vai ser igual ao pKa, que é 4,74, mais log da concentração de A⁻, que é 0,94 molar, sobre a concentração de HA, que é 0,45 molar. Se eu fizer esta conta, se vocês pegarem uma calculadora e fizerem esta conta, o valor de pH vai ser igual a 5,06. O pH subiu 0,06. Isso faz sentido porque nós imaginamos que o pH seria mais alto, porque, se você adiciona uma base, o pH se torna mais básico, ele vai aumentar consequentemente. Mas ele não vai mudar muito porque nós estamos falando de um tampão. Agora, vamos comparar este valor de pH que a gente encontrou com o valor de pH que nós vamos encontrar com o tampão 2. Nós já vimos que nós vamos adicionar NaOH. Vamos pegar um pouco mais de espaço aqui. Se a gente vai adicionar hidróxido de sódio, a gente sabe que a concentração de HA vai cair 0,04 molar. A nova concentração, depois que eu adiciono o hidróxido de sódio, vai ser de... vou pegar mais espaço, 0,009 molar. Agora, a concentração da base, a gente já viu que vai aumentar, porque nós vamos ter mais da base conjugada. Nós vamos somar, aqui em cima, 0,04 molar. E a nova concentração de base vai ser de 0,13 molar. Agora, vamos colocar estas concentrações na equação de Henderson–Hasselbalch para que a gente possa encontrar o pH. Eu tenho aqui, o pH vai ser igual ao pKa, que é 4,74, mais log da concentração de A⁻, que é 0,13, dividido pela concentração de HA, que é 0,009 molar. O valor que vocês irão encontrar para este logaritmo vai ser igual a 1,16. Se eu quiser encontrar o meu pH, eu vou fazer 4,74 mais 1,16. E o valor que eu vou encontrar vai ser de 5,9. Perceba que o pH mudou bastante quando comparado ao tampão 1. Aqui aumentou 0,06, e aqui aumentou 0,9. Se nós formos comparar as capacidades tamponantes entre estes 2 tampões que eu apresentei, nós diríamos que, no tampão 1, a gente vai ter uma variação menor de pH. A capacidade tamponante dele vai ser bem maior. Vou fazer aqui: maior capacidade tamponante é do tampão 1. Como você não quer que as concentrações de HA ou de A⁻ sejam muito baixas, a regra geral é que você mantenha essas concentrações entre 0,1 molar e 1 molar. Vou escrever isso para ficar mais fácil de lembrar. Vou fazer aqui um asterisco, você quer as concentrações de HA e de A⁻ entre, aproximadamente, 0,1 molar e 1 molar. Seguindo esta regra, você pode fazer um tampão onde você não precise se preocupar muito sobre adicionar muito ácido ou muita base antes de seu pH mudar, desde que você esteja fazendo o tampão em primeiro lugar.