Investigação do Poder Tampão

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INVESTIGAÇÃO DO PODER TAMPÃO
Físico-Química Experimental 
Profª. Célia
Alunas: Ariane Silva Amaral
Bruno Costa Nascimento
João Henrique Lins
Rio de Janeiro, 03 de Abril de 2018.
INTRODUÇÃO
 Um tampão é uma solução em que ao adicionar pequenas quantidades de ácido ou base, o pH do meio se mantém. Esta solução é geralmente formada por um ácido fraco e um sal de sua base conjugada, como ácido acético e acetato de sódio (tampão acético) ou uma base fraca e o sal de seu ácido conjugado, como hidróxido de amônio e cloreto de amônio (tampão amoniacal). No caso do experimento relatado neste documento foram utilizados Na2HPO4 e KH2PO4 e as reações de adições de pequenas quantidades de base e ácido ao tampão:
H2PO4- + OH- ⇆ HPO42- + H2O
HPO4- + H3O+ ⇆ H2PO4- + H2O
 Com adição de íons hidroxila e hidrônio na solução não varia o pH, já que estes são consumidos pelos ácido ou base do sistema. O pH é mantido por conta do equilíbrio que há entre o ácido e a base no meio aquoso: H2PO4- ⇆ HPO42- + H+, dessa forma o ácido ou base gerados promovem um novo equilíbrio ao sistema.
O pH da solução pode ser obtido pela equação de Henderson-Hasselbalch:
Desta forma o pH depende apenas das concentrações de ácido e base utilizadas no preparo da solução e o valor de pKa da reação de equilíbrio, e com isto pode-se preparar uma solução tampão no pH desejado. Esta é uma função destas soluções em que se armazenam compostos que precisam estar em um meio que sofra pequenas variações de pH. 
Outra forma de determinar o pH de uma solução é experimentalmente, utilizando um pHmetro, aparelho que utiliza um eletrodo que é imerso na solução sob agitação e verifica o pH. Com esta técnica, é possível obter as concentrações de base e ácido necessárias para a formulação de uma solução tampão em seu mais alto poder tamponante, onde o pH do meio resiste mais facilmente à adição de outras bases e ácidos. 
 A variação do pH de um tampão em relação a mudança das concentrações de um de seus constituintes obedece uma equação polinomial do 3º grau que graficamente tem uma forma semelhante à uma letra S. Aplicando-se a derivada desta equação obtém-se uma equação polinomial do 2º grau, ou seja, uma parábola. Porém esta parábola, apresenta valores negativos, assim são utilizados os valores absolutos de 𝝏(pH)/𝝏[ácido ou base], uma vez que na prática não existem valores abaixo de zero para o pH. Para se determinar o valor do pH em que a solução possui o seu máximo poder tamponante faz-se um cálculo do valor mínimo do gráfico pela expressão Vmín = -Δ/4a, ou seja, neste ponto tem-se a menor variação de pH ao se alterar as concentrações dos constituintes da solução. 
OBJETIVO
Verificar experimentalmente se o poder tamponante da mistura Na2HPO4 e KH2PO4 é máximo quando [ácido] = [sal].
RESULTADOS E DISCUSSÃO
A capacidade tamponante é uma indicação da quantidade de ácido ou base que pode ser adicionada antes do tampão perder sua habilidade de resistir à mudança de pH. Ela depende também da quantidade total do ácido conjugado e da base disponíveis. 
As segunda e terceira ionizações do ácido fosfórico (H3PO4) são fracas, permitindo assim seu uso em sistema tampão. Utilizou-se um pHmetro para medir sucessivas soluções com diferentes concentrações de HPO42- e de H2PO4-, para que assim investigue-se o poder de tamponamento. 
Tabela 1. Dados obtidos experimentalmente. 
	Amostra
	pH
	Cb (M)
	-(𝝏pH/𝝏Cb)
	1
	4,04
	0,05
	266,07
	2
	5,22
	0,048
	228,34
	3
	5,67
	0,045
	177,60
	4
	6,19
	0,04
	108,63
	5
	6,52
	0,035
	59,16
	6
	6,66
	0,03
	29,19
	7
	6,87
	0,025
	18,73
	8
	7,17
	0,02
	27,76
	9
	7,39
	0,015
	56,30
	10
	7,70
	0,01
	104,34
	11
	8,10
	0,005
	171,88
	12
	9,47
	0
	258,92
Gráfico 1. pH x Concentração de ácido
Pode-se observar que o gráfico resultante apresentou característica de uma equação de terceiro grau, assemelhando-se a um “S”, mas também que a zona de tamponamento é justamente quando as concentrações dos dois intermediários são bem próximas. É notado que quando as concentrações se tornam próximas, o pH varia pouco comparado aos extremos. No meio do gráfico, ou seja, quando as concentrações de base e ácido são iguais, a curva apresenta uma mudança de concavidade que pode ser verificada ao derivar, em relação a concentração de B, a equação obtida. 
A partir do gráfico seguinte, ao derivar a equação obtida anteriormente, nota-se que existe um mínimo, este ponto significa a variação de pH à mudança de quantidade de B é zero e também confirma a mudança de concavidade verificada no gráfico anterior. Neste caso, tomam-se valores absolutos já que não há valores negativos para pH, então representa o poder tampão máximo, que é aproximadamente quando há quantidades iguais de ácido e base conjugados. 
 
Gráfico 2. -(𝝏pH/𝝏Cb) x Concentração de ácido
CONCLUSÃO
Para efetuar corretamente a escolha de um tampão que vai ser utilizado em determinado processo, precisa-se ter ideia não somente do pH do tampão, mas do quanto se deve adicionar deste tampão para que ele possa atuar efetivamente dentro da sua capacidade tamponante. Além disso, é necessário saber quais as concentrações totais de cada espécie presente dentro da solução tampão, já que estas quantidades é que garantirão ou não, a realização do processo em um pH desejado e controlado.
REFERÊNCIAS
Roteiro da prática de Verificação experimental da Lei de Lambert-Beer. Físico-química experimental-UFRJ.