Cálculos de pH e Soluções Tampão: Exercícios Resolvidos

Exercício 1: Tampão de Ácido Acético e Acetato de Sódio

Uma solução foi preparada adicionando-se 0,45 mol de ácido acético (CH₃COOH) e 18 g de acetato de sódio (CH₃COONa), em quantidade suficiente para completar 1 L de solução. O sistema ácido/base conjugada constitui uma solução tampão.

Dados: K_a = 4,2 × 10^-7. Calcule o pH da solução preparada. Esta solução age como tampão?

• pK_a = 6,37
• Cálculo da concentração: 88 g — 1 mol/L | 18 g — x → x = 0,21 mol/L
• Fórmula: pH = pK_a + log [base]/[ácido]
• pH = 6,37 + log [0,21]/[0,45]
• pH = 6,37 + log 0,46
• pH = 6,37 - 0,33 = 6,04

Resposta: Sim, ainda está na relação 1/10.

Exercício 2: Razão Ácido/Base para pH Específico

Calcule a razão entre a concentração de ácido/base conjugada de tal forma que o pH resultante seja 8.

Resposta: Ácido/base = 1/42,65

Exercício 3: Capacidade Tamponante da Urina

O pH da urina varia entre 4,5 e 8,0, e isto acontece devido à capacidade tamponante dos rins. Um dos tampões mais importantes nesse processo é o fosfato.

H₂PO₄^- + H₂O → HPO₄^2- + H₃O⁺ (pK_a = 6,8)

Com base na equação acima, supondo que uma amostra de urina coletada tenha indicado pH = 7,8, a relação [HPO₄^2-]/[H₂PO₄^-] será:

• 7,8 = 6,8 + log [HPO₄^2-]/[H₂PO₄^-]
• log [HPO₄^2-]/[H₂PO₄^-] = 7,8 – 6,8 = 1,0
• [HPO₄^2-]/[H₂PO₄^-] = 10¹ = 10/1

Exercício 4: Tampão de Hidróxido de Amônio e Atividade Enzimática

Calcule o pH de uma solução tampão formada por hidróxido de amônio 0,42 mol/L e cloreto de amônio 0,012 mol/L. Este tampão pode ser usado num experimento que envolve uma enzima cujo pH ótimo de ação é 8,0?

Dados: K_b = 2 × 10^-6

• NH₄OH = 0,42 mol/L (base)
• NH₄Cl = 0,012 mol/L (ácido conjugado)
• pK_b = -log(2 × 10^-6) = 5,7
• pK_a = 14 - pK_b = 8,3
• pH = pK_a + log ([base]/[ácido])
• pH = 8,3 + log (0,42 / 0,012)
• pH = 8,3 + log 35
• pH = 8,3 + 1,54 → pH = 9,85

Resposta: Não, porque para ser uma solução tampão adequada, a variação do pH da solução com relação ao pH ótimo da enzima deve ser de no máximo ± 1 unidade.

Exercício 5: Tampão de Ácido Carbônico e Bicarbonato de Sódio

Calcule o pH de uma solução tampão formada por ácido carbônico 0,65 mol/L e bicarbonato de sódio 0,35 mol/L.

Dados: K_a = 4,2 × 10^-7

• H₂CO₃ = 0,65 mol/L
• Bicarbonato = 0,35 mol/L
• pK_a = -log (4,2 × 10^-7) = 6,37
• pH = pK_a + log [base]/[ácido]
• pH = 6,37 + log (0,35 / 0,65)
• pH = 6,37 + log 0,54
• pH = 6,37 - 0,26 → pH = 6,11