Tampões

1. Definição

Solução tampão é um tipo de solução mista em que o pH tende a permanecer o mesmo após a adição de pequenas quantidades de ácidos ou bases fortes. Em um tampão, sempre temos um ácido fraco e uma base fraca, que são comumente (mas não necessariamente) conjugados. A estabilização do pH ocorre porque a solução tem uma fonte de prótons, o ácido, e um "ralo" de prótons, a base.

2. Cálculo do pH de uma solução tampão

Para calcular o pH de um tampão, temos de levar em conta que a extensão da protonação ou da desprotonação do ácido e da base é desprezível. Assim, as concentrações do ácido e da base são praticamente iguais às concentrações iniciais.

Para calcular o pH de maneira mais rápida, foi desenvolvida uma fórmula simples, chamada Equação de Henderson-Hasselbalch. Suponha que temos um tampão do ácido fraco $HA$ com sua base conjugada $A^{-}$, no qual temos:

$[H_{3}O^{+}]=Ka\times \frac{[HA]}{[A^{-}]}$

Se tomarmos os logaritmos negativos em ambos os lados:

$pH=pKa - log \frac{[HA]}{[A^{-}]}$

$pH=pKa + log \frac{[A^{-}]}{[HA]}$

$pH=pKa + log \frac{[base_{inicial}]}{[acido_{inicial}]}$ (Equação de Henderson-Hasselbalch)

Suponha que temos um tampão da base $B$ e seu ácido conjugado $BH^{+}$. Para calcular seu pH, podemos usar a equação anterior, tendo o cuidado de usar o pKa do ácido $BH^{+}$.

Exemplo 1 - Calcule o pH de um tampão de acetato de sódio 0,040M e ácido acético 0,08M. Dado: $Ka=1,8\times10^{-5}$

Usando a equação que acabamos de deduzir, temos:

$pH = -log (1,8\times10^{-5}) + log\frac{[acetato]}{[acido]}$

$pH = -log (1,8\times10^{-5}) + log\frac{0,04}{0,08}$

$pH = 4,44$

3. Cálculo da mudança de pH em uma solução tampão

Exemplo 2 - Suponha que, à 500mL solução do exemplo 1, adicionamos 0,03 mols de NaOH. Calcule o pH da solução resultante.

Como proceder? Primeiro, de posse das quantidades iniciais de ácido e base, fazemos uma tabela estequiométrica para saber qual a extensão da protonação ou desprotonação. Depois, com as concentrações finais, reescrevemos a equação de Henderson-Hasselbalch e calculamos o pH.

A quantidade inicial de ácido acético ($HA$) é:

$0,08M\times0,5L=0,04mol$

A quantidade inicial de acetato ($A_{-}$) é:

$0,04\times0,5L=0,02mol$

Podemos proceder com a tabela estequiométrica:

$CH_{3}COOH + OH^{-} \rightarrow CH_{3}CO_{2}^{-} + H_{2}O$

início	0,04mol	0,03 mol	0,02 mol	----
variação	-0,03mol	-0,03mol	+0,03mol	----
equilíbrio	0,01mol	0mol	0,05mol	----

Agora podemos reescrever a equação de H-H:

$pH = -log (1,8\times10^{-5}) + log\frac{0,05}{0,01}$

OBS.: Nesse caso podemos dividir o número de mols, posto que o volume é o mesmo para os dois componentes.

Logo, temos:

$pH=5,44$

Isso corresponde às nossas expectativas de que o pH aumentasse, visto que adicionamos uma base forte à solução.

4. Capacidade tamponante

A capacidade tamponante é a quantidade máxima de ácido ou base que pode ser adicionada sem que o tampão perca sua capacidade de resistir à mudanças de pH, ou seja, sem que se esgote um dos componentes.

5. Faixa ótima de ação de um tampão

A faixa ótima de ação de um tampão, ou seja, a faixa de pH na qual ele mais resiste às mudanças, é dada por:

$pH=pKa \pm 1$

Isso ocorre pois, nessa faixa, temos quantidades similares de ácido e base na solução, sem que uma seja muito maior que a outra.