Solução-tampão

A solução-tampão é uma mistura homogênea formada pela junção de duas outras soluções aquosas (misturas homogêneas nas quais o solvente é a água): uma de um ácido (HX) ou base (YOH) fraca e outra de um sal (ZX ou YD).

As bases fracas são aquelas que não apresentam elementos das famílias IA e IIA, exceto o elemento magnésio (pertencente à família IIA). Já os ácidos fracos são todos aqueles cuja subtração do número de oxigênios pelo número de hidrogênios resulta em 1 ou quando não são HCl, HBr, HI ou HF.

Assim, de acordo com a definição acima, temos a possibilidade de formar dois tipos diferentes de solução-tampão:

→ Solução-tampão ácida:

É o tampão formado por um ácido fraco (HX) e um sal solúvel (ZX). É importante observar que o sal deve apresentar o mesmo ânion do ácido utilizado. Como apresenta ácido, essa solução sempre apresenta um pH menor que 7.

→ Solução-tampão básica:

É o tampão formado por soluções com uma base fraca (YOH) e um sal solúvel (YD). É importante observar que o sal deve apresentar o mesmo ânion da base utilizada. Como apresenta base, essa solução sempre apresenta um pH maior que 7.

Característica fundamental de uma solução-tampão

Além de saber reconhecer quando temos uma solução-tampão, devemos conhecer a sua característica fundamental, que é a chamada capacidade tamponante.

Define-se capacidade tamponante como a capacidade da solução-tampão de não sofrer mudanças significativas no seu pH ao receber soluções formadas por bases ou ácidos fortes.

É importante lembrar que existe um limite para as quantidades de ácido ou de base adicionadas a uma solução-tampão antes que um dos componentes seja totalmente consumido. Esse limite é conhecido como a capacidade tamponante de uma solução-tampão e é definido como a quantidade de matéria de um ácido ou base forte necessária para que um litro da solução-tampão sofra uma variação de uma unidade no pH.

Efeito da adição de ácido forte a uma solução-tampão

Vamos supor que temos uma solução-tampão formada pelo ácido HX e o sal ZX. O ácido em água ioniza-se pouco (por ser fraco, produz poucos íons) e o sal dissociar-se muito (libera muitos íons) por ser solúvel.

Equação de ionização de um ácido qualquer

Equação de dissociação de um sal qualquer

Como o ácido ioniza-se pouco, seu equilíbrio é deslocado para a esquerda (formação do ácido), enquanto o equilíbrio da dissociação do sal é deslocado para a direita por ser solúvel (liberação dos íons).

Se adicionarmos um pouco de ácido forte, como o HCl, teremos um aumento da quantidade de H⁺ no tampão, já que esse ácido ioniza-se muito (equilíbrio deslocado para a direita):

Equação de ionização do ácido HCl

O H⁺ proveniente do ácido forte interage com o X^- proveniente do sal, formando novas moléculas do ácido:

Equação de formação do ácido

O pH da solução não sofre alteração porque os H+ que foram adicionados são neutralizados pelos ânions CN^- provenientes do sal.

Efeito da adição de uma base a uma solução-tampão

Se adicionarmos uma base forte, como o NaOH, teremos um aumento da quantidade de OH^- no tampão, já que essa base dissocia-se muito (equilíbrio deslocado para a direita):

Equação de dissociação do NaOH

O OH^- proveniente da base forte interage com o H⁺ proveniente do ácido, formando moléculas de água:

Equação de formação da água

O pH da solução não sofre alteração porque as moléculas de água formadas aumentam a ionização do ácido HX, normalizando a quantidade de H⁺.

Exemplo de solução-tampão

Um exemplo de solução-tampão é a mistura formada por uma solução de ácido hipobromoso (HBrO) e uma solução de hipobromito de sódio (NaBrO). Trata-se de uma solução-tampão porque o ácido hipobromoso é fraco e o sal hipobromito de sódio apresenta um íon em comum com o ácido, que é o ânion cianeto (BrO^-).

Veja as equações de equilíbrio para o sal e para o ácido:

• Para o ácido

O ácido hipobromoso é um ácido fraco (produz poucos íons). Sua equação de equilíbrio apresenta-se deslocada para a esquerda (sentido de formação do ácido), ou seja, a reação reversível ocorre mais do que a de formação dos íons.

Equação que representa o equilíbrio de ionização do ácido

• Para o sal

Por ser solúvel em água, o hipobromito de sódio sofre dissociação, liberando muitos íons. Dessa forma, sua equação de equilíbrio está deslocada para a direita (sentido de liberação dos íons), ou seja, a reação direta ocorre mais que a inversa (formação do sal).

Equação que representa o equilíbrio de dissociação do sal

a) Se adicionarmos a base KOH

O KOH é uma base forte, logo, adicionará íons OH^- no meio, que interagirão com o H⁺ do ácido, formando água. O aumento da quantidade de água favorece o aumento da ionização do ácido HBrO, mantendo a quantidade de H⁺ e o pH constantes.

b) Se adicionarmos o ácido HI

O HI é um ácido forte, logo, adicionará íons H⁺ no meio, que interagirão com o BrO^- do sal, formando o ácido HBrO.