Físico-Química ⇒ Equilíbrio - Solução Tampão Tópico resolvido

[Diegooo]

Que volume em [tex3]cm^3[/tex3] da solução de [tex3]NaOH \,\, 1,00M[/tex3] deve-se acrescentar a [tex3]100cm^3[/tex3] de uma mistura homogênea de [tex3]H_3PO_4[/tex3] - [tex3]0,100M[/tex3] para ser conseguir uma solução-tampão-fosfato com potencial hidrogeniônico próximo à [tex3]7,2[/tex3]? Considere que os valores de [tex3]pk1[/tex3], [tex3]pk2[/tex3] e [tex3]pk3[/tex3]
para o [tex3]H_3PO_4[/tex3] são, nessa ordem, [tex3]2,1\,\,\,;\,\,\,7,2[/tex3] e [tex3]12,0[/tex3].

a)[tex3]5,0 mL[/tex3]
b)[tex3]10,0 mL[/tex3]
c)[tex3]15,0 mL[/tex3]
d)[tex3]20,0 mL[/tex3]

Resposta

---

C

Poderia explicar com detalhes? Pois é tenso trabalhar e fazer análises para ácidos poliprótico!

[VALDECIRTOZZI]

Diego, a primeira coisa que você precisar ter em mente é que o [tex3]pk[/tex3]de seu tampão é [tex3]7,2[/tex3]. Esse tem a ver com a segunda constante de dissociação do ácido fosfórico:
[tex3]H_2PO_4^- \rightleftharpoons HPO_4^{2-}+H^+[/tex3]:
A constate de equilibrio para esse sistema é:[tex3]k_2=\frac{[HPO_4^{2-}][H^+]}{[H_2PO_4^{-}]}[/tex3]
daí temos: [tex3]-\log k_2=-\log \frac{[HPO_4^{2-}][H^+]}{[H_2PO_4^{-}]}[/tex3]
[tex3]-\log k_2=-\left(\log[H^+]+\log \frac{[HPO_4^{2-}]}{[H_2PO_4^{-}]}\right)[/tex3]
[tex3]-log k_2=-\log[H^+]-\log \frac{[HPO_4^{2-}]}{[H_2PO_4^{-}]}[/tex3]
[tex3]pk_2=pH-\log \frac{[HPO_4^{2-}]}{[H_2PO_4^{-}]}[/tex3]
[tex3]pH=pk_2+\log \frac{[HPO_4^{2-}]}{[H_2PO_4^{-}]}[/tex3]

Queremos que o [tex3]pH=7,2[/tex3], então:
[tex3]7,2 =7,2+\log \frac{[HPO_4^{2-}]}{[H_2PO_4^{-}]}[/tex3]
[tex3]\log \frac{[HPO_4^{2-}]}{[H_2PO_4^{-}]}=0 \Longleftrightarrow \frac{[HPO_4^{2-}]}{[H_2PO_4^{-}]}=1[/tex3]

No [tex3]pH[/tex3] desejado, [tex3][H_2PO_4^-]=[HPO_4^{2-}][/tex3]

Para chegar a isso, temos que

a) neutralizar completamente o primeiro hidrogênio do [tex3]H_3PO_4[/tex3]:
[tex3]H_3PO_4+OH^- \rightarrow H_2PO_4^-+H_2O[/tex3]
Há, inicialmente, [tex3]n_{H_3PO_4}=0,1 \ M \ . 0,1 \ \ell=0,01 \ mol[/tex3], portanto, preciso para essa primeira neutralização [tex3]0,01 \ mol[/tex3] de [tex3]NaOH[/tex3], o que dá: [tex3]V_{NaOH}=\frac{n_{NaOH}}{M_{NaOH}}=\frac{0,01}{1}=0,01 \ell[/tex3] [tex3](V_1)[/tex3]

Após a primeira neutralização, formar-se-ão [tex3]0,01 \ mol[/tex3]

b) temos agora que neutralizar o segundo hidrogênio, mas até que tenhamos uma solução com concentrações iguais dos íons [tex3]H_2PO_4^- \ e \ HPO_4^{2-}[/tex3]:
[tex3]H_2PO_4^{2-}+OH^- \rightarrow HPO_4^{2-}+H_2O[/tex3] , e quero que agora, apenas [tex3]0,005 \ mol[/tex3] de [tex3]H_2PO_4^-[/tex3] sejam neutralizados para a formação de [tex3]0,005 \ mol[/tex3] de [tex3]HPO_4^{2-}[/tex3].
O volume de solução de [tex3]NaOH[/tex3] necessarios serão:
[tex3]V_{NaOH}=\frac{n_{NaOH}}{M_{NaOH}}=\frac{0,005}{1}=0,005 \ \ell[/tex3] [tex3](V_2)[/tex3]

O volume total [tex3]V[/tex3] necessário:[tex3]V=V_1+V_2 = 0,01 +0,005=0,015 \ \ell= \boxed{\boxed{15 \ m\ell}}[/tex3]

Espero ter ajudado!

[Diegooo]

Olá Valdecir,

Realmente você é um gênio!

a) Pensei em montar a seguinte reação: porém, o ácido fosfórico reage com o hidróxido de sódio da forma descrita?

[tex3]H_3PO_4 + 3NaOH \rightarrow Na_3PO_4 + 3H_2O[/tex3]

b) Vou confessar, estou tendo dificuldades em resolver questões desse tipo. Pois, não sei quais reações realmente serão ideais para a resolução do mesmo teria como você me dar umas dicas?


Abraço!

[VALDECIRTOZZI]

Diego, estas questões não são simples, e esse assunto não é bem visto no Ensino Médio, e vou lhe dizer, há muitos furos quando se vê isso no nível superior, pois acham que isso é básico e o aluno já deveria saber!!!
A sua reação está correta, mas veja, você usou 3 mols de NaOH; se fizer isso, todos os três hidrogênios do ácido fosfórico serão neutralizados e você terá uma solução apenas com íons fosfatos, e não é isso que queremos. É necessário usar menos base para chegarmos à solução desejada.

Com relação à segunda pergunta, creio que o melhor é tentarmos resolver os exercícios e ir aprendendo com eles. Não há livro no Ensino Médio que trate disso num nível e conteúdo adequado.
Agora veja, o que fiz foi ver quais íons eu iria ter no pH=7,2; e nesse pH, os íons prodominantes são o hidrogeno fosfato e dihidrogeno fosfato em concentrações iguais, por isso montei o problema dessa forma. Em pH menor que 7,2 a predominância é de ácido fosfórico e dihidrogeno fosfato; em pH maior, de fosfato e de hidrogeno fosfato. Num certo pH acima de dos [tex3]pk_3[/tex3], terei predominância de fosfato; e num pH mais alto, terei titulado todos os íons hidrogênio e terei apenas íons fosfato.

Um abraço!