As soluções tampão ou tampões são aquelas que podem diminuir as mudanças no pH devido aos íons H 3 O + e OH -. Na ausência deles, alguns sistemas (como os fisiológicos) são prejudicados, pois seus componentes são muito sensíveis a mudanças bruscas de pH.
Assim como os amortecedores nos automóveis reduzem o impacto causado pelo seu movimento, os amortecedores fazem o mesmo, mas com a acidez ou basicidade da solução. Além disso, os tampões estabelecem uma faixa de pH específica dentro da qual são eficientes.
Caso contrário, os íons H 3 O + irão acidificar 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
Eles são essencialmente compostos por um ácido (HA) ou uma base fraca (B) e sais de sua base ou ácido conjugado. Conseqüentemente, existem dois tipos: tampões ácidos e tampões alcalinos.
Os tampões de ácido correspondem ao par HA / A -, onde A - é a base conjugada do ácido fraco HA e interage com íons - como Na + - para formar sais de sódio. Sendo assim, o par permanece como HA / NaA, embora também possam ser sais de potássio ou cálcio.
Derivado do ácido fraco HA, ele protege as faixas de pH ácido (menos de 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 HA consumido:
Um - + H 2 O <=> HA + OH -
Por outro lado, os tampões alcalinos consistem no par B / HB +, onde HB + é o ácido conjugado da base fraca. Geralmente, HB + forma sais com íons cloreto, deixando o par como B / HBCl. Esses buffers tamponam as faixas básicas de pH (maior 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 <=> B + H 3 O +
Eles neutralizam ácidos e bases
Enquanto os tampões ácidos tamponam o pH ácido e o pH alcalino do tampão, 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, no caso do par HA / A -, HA reage com os íons OH -, enquanto A - - sua base conjugada - reage com H 3 O +. Já para o par B / HB +, B reage com os íons H 3 O +, enquanto HB + - seu ácido conjugado - com o OH -.
Isso permite que ambos os tampões neutralizem as espécies ácidas e básicas. O resultado do acima em comparação com, por exemplo, a adição constante de moles de OH -, é a diminuição na variação do pH (ΔpH):
A imagem acima mostra o tampão de pH contra uma base forte (OH - doador).
Inicialmente o pH é ácido devido à presença de HA. Quando a base forte é adicionada, os primeiros moles de A são formados - e o buffer começa a fazer efeito.
No entanto, existe uma área da curva onde a inclinação é menos acentuada; ou seja, onde o amortecimento é mais eficiente (caixa azulada).
Eficiência
Existem várias maneiras de entender o conceito de eficiência de amortecimento. Uma delas é determinar a segunda derivada da curva pH versus volume de base, resolvendo 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 isso é por meio da famosa equação de Henderson-Hasselbalch:
pH = pK a + log (/)
Aqui, B denota a base, A o ácido e pK a é o menor logaritmo da constante do ácido. Esta equação se aplica tanto para a espécie ácida HA, quanto para o ácido conjugado HB +.
Se for muito grande em relação a, o log () assume um valor muito negativo, que é subtraído do pK a. Se, por outro lado, for muito pequeno em relação a, o valor de log () assume um valor muito positivo, que é adicionado a pK a. No entanto, quando =, o log () é 0 e o pH = pK a.
O que tudo isso significa? Que o ΔpH será maior nos extremos considerados para a equação, enquanto será mínimo com um pH igual ao pK a; e como o pK a é característico de cada ácido, esse valor determina a faixa de pK a ± 1.
Os valores de pH dentro desta faixa são aqueles em que o tampão é mais eficiente.
Preparação
Para preparar uma solução tampão, as seguintes etapas devem ser mantidas em mente:
- Conheça o pH necessário e, portanto, aquele que deseja manter o mais constante possível durante a reação ou processo.
- Conhecendo o pH, procura-se, entre todos os ácidos fracos, aqueles cujo pK a esteja mais próximo deste valor.
- Uma vez que a espécie HA foi escolhida e a concentração do tampão calculada (dependendo de quanta base ou ácido precisa ser neutralizado), a quantidade necessária de seu sal de sódio é pesada.
Exemplos
O ácido acético tem um pK a de 4,75, CH 3 COOH; portanto, uma mistura de determinadas quantidades deste ácido e acetato de sódio, CH 3 COONa, formam um tampão que protege eficientemente na faixa de pH (3,75-5,75).
Outros exemplos de ácidos monopróticos são os ácidos benzóico (C 6 H 5 COOH) e fórmico (HCOOH). Para cada um desses valores de pK a são 4,18 e 3,68; portanto, suas faixas de pH com maior tamponamento 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, H 3 PO 4 tem três pK a (2,12, 7,21 e 12,67) e H 2 CO 3 tem dois (6,352 e 10,329).
Se você deseja manter um pH de 3 em uma solução, pode escolher entre os tampões HCOONa / HCOOH (pK a = 3,68) e NaH 2 PO 4 / H 3 PO 4 (pK a = 2,12).
O primeiro tampão, o de ácido fórmico, está mais próximo de pH 3 do que o tampão de ácido fosfórico; portanto, os tampões HCOONa / HCOOH são melhores em pH 3 do que NaH 2 PO 4 / H 3 PO 4.
Referências
- Day, R., & Underwood, A. Quantitative Analytical Chemistry (5ª ed.). PEARSON Prentice Hall, páginas 188-194.
- Avsar Aras. (20 de abril de 2013). Mini Choques. Obtido em 9 de maio de 2018, em: commons.wikimedia.org
- Wikipedia. (2018). Solução de buffer. Obtido em 9 de maio de 2018, em: en.wikipedia.org
- Assoc. Prof. Lubomir Makedonski, PhD.. Soluções tampão. Universidade Médica de Varna.
- Chem Collective. Tutoriais de buffer. Obtido em 9 de maio de 2018, em: chemcollective.org
- AskIITians. (2018). Solução de buffer. Obtido em 9 de maio de 2018, em: askiitians.com
- Quimicas.net (2018). Exemplos de soluções tampão, tampão ou tampão. Obtido em 9 de maio de 2018, em: quimicas.net