ENEM 2016 - pH e pOH de solução-tampão

 

Cada solução-tampão atua num determinado pH

Uma solução-tampão é uma mistura que tem a capacidade de evitar que o pH e o pOH do meio sofra grandes variações, mesmo se forem adicionados ácidos e/ou bases fortes em pequenas quantidades.

Essas soluções podem ser preparadas de duas formas, misturando-se (1) um ácido fraco com um sal com o mesmo ânion desse ácido ou (2) uma base fraca com um sal com o mesmo cátion dessa base.

Cada solução-tampão atua em determinada faixa de pH. Por exemplo, o sangue humano é uma solução-tampão ligeiramente básica, cujo pH se mantém entre 7,35 e 7,45. Já a saliva é um sistema-tampão com pH constante no intervalo de 6,8 a 7,0.

 Uma forma de determinar o pH e o pOH de uma solução-tampão é usar a Equação de Henderson-Hasselbalch que mostra também a proporção entre seus componentes. Veja como se chegou a essa equação de uma forma resumida:

Consideremos uma solução-tampão formada por ácido acético (H₃CCOOH) e o sal acetato de sódio (H₃CCOONa), sendo que ambos possuem o ânion acetato (H₃CCOO^-).

O sal se dissocia totalmente em água:

H₃CCOONa → Na⁺ + H₃CCOO^-

Assim sendo, a concentração inicial do sal H₃CCOONa será igual à concentração do ânion H₃CCOO^-formado.

[H₃CCOONa] = [H₃CCOO^-]   (I)

Ao mesmo tempo, o ácido acético sofre ionização:

H₃CCOOH _↔ H⁺ + H₃CCOO^-

Visto que esse ácido é fraco, a sua ionização é muito pequena e a concentração inicial do ácido acético permanece praticamente a mesma no equilíbrio químico dessa ionização.

[H₃CCOOH] no equilíbrio = [H₃CCOOH] inicial  (II)

A constante do equilíbrio desse ácido (K_a) é dada por:

H₃CCOOH ↔ H⁺ + H₃CCOO^-         K_a = [H⁺] . [H₃CCOO^-]
                                                                  [H₃CCOOH]

Considerando as igualdades (I) e (II), temos:

K_a = [H⁺] . [H₃CCOONa]            
           [H₃CCOOH]                       

              ou

K_a = [H⁺]  . [H₃CCOONa]  
           1       [H₃CCOOH]

[H⁺]  = K_a  . [H₃CCOOH]
                  [H₃CCOONa] 

Aplicando o logaritmo em todos os membros da equação da constante de equilíbrio:

- log [H⁺]   =- log  K_a  . [H₃CCOOH]
                                  [H₃CCOONa] 
- log [H⁺]   = - log  K_a - log [H₃CCOOH]
                                        [H₃CCOONa] 

Sabendo que: pH = - log [H⁺], temos:

pH = pK_a - log [H₃CCOONa]
                        [H₃CCOOH] 

Essa é a Equação de Henderson-Hasselbalch, sendo que para qualquer solução-tampão, ela pode ser expressa por:

pH = pK_a + log [sal]
                      [ácido] 

Se a solução for formada por uma base fraca e um sal de mesmo cátion que a base, o cálculo do pOH é feito por meio da equação análoga:

pOH = pK_b + log [sal]
                          [base]