Solução Tampão

Introdução

Chegamos no último assunto de Equilíbrio Químico: Solução Tampão.

Na minha opinião, esse é o assunto mais difícil de toda a Química (quem sabe até do Ensino Médio).

Porque esse assunto conecta tudo: mistura de soluções com reação, deslocamento de equilíbrio, pH, pOH e, principalmente, hidrólise.

Por isso, deixei para falar dele nos últimos capítulos, já que, agora, nós temos condições para entender da maneira mais simples possível.

Para a nossa sorte, esse assunto quase nunca é cobrado, tanto em provas de escolas quanto em vestibulares.

Portanto, torça para que seu professor esteja de bom humor e deixe ele de lado 😂😂.

Pronto, suspense feito, vamos começar.

1. O que é um Tampão: Protegendo o pH a Todo Custo

Uma solução tampão é uma solução feita para resistir a grandes mudanças de pH, mesmo quando ácidos e bases fortes são adicionadas a ela.

Vamos usar uma analogia para entender a ideia.

Imagine que o pH de uma solução é um "reino" que precisa ser protegido.

Uma solução normal, como a água pura, não tem defesas.

Se um "inimigo" (um pingo de ácido forte, por exemplo) atacar, o pH do reino muda drasticamente, ficando muito ácido.

Uma solução tampão, por outro lado, é como um reino que possui um exército de defesa bem especializado.

O Ataque Inimigo (Adição de Ácido ou de Base)

O pH de uma solução pode mudar de duas formas: quando você adiciona algo ácido ou básico.

E cada um deles age de um jeito diferente. Portanto, eu preciso ter uma defesa específica para ácidos e uma específica para bases.

O Exército (Solução Tampão)

Se o inimigo do nosso reino é um ácido, quem neutraliza ácidos? Bases. Portanto, precisamos ter no nosso exército substâncias básicas.

E se o nosso inimigo é uma base, quem neutraliza bases? Ácidos.

Portanto, não basta ter só substâncias básicas no nosso exército, precisamos de substâncias ácidas também.

Então é isso que uma solução tampão é:

Uma mistura substâncias de caráter ácido com outras de caráter básico, preparadas para neutralizar os “inimigos”, a fim de não permitir alterações no pH do reino.

A Batalha

Se uma pequena quantidade de ácido entra no reino (solução tampão), as substâncias de caráter básico neutralizam ele e vice versa.

Se houve neutralização, a variação do pH se torna pequena e o reino segue intacto.

O mesmo acontece se uma pequena quantidade de base entra.

Mas é claro que todo exército tem um limite.

Se nosso exército é composto por 1 mol/L de substâncias ácidas e básicas e o inimigo chega gigantesco, com 10 mol/L, o exército será derrotado.

Se ele é derrotado, não existe mais proteção e o pH do reino desmorona, sofrendo grandes alterações.

Entenda esse derrotado como ter toda a sua substância ácida (ou básica) consumida!

E se um ácido neutraliza uma base, por que não existe guerra interna no exército?

Ué, isso faria muito sentido! Se a substância ácida do tampão neutraliza a substância básica externa que chega na solução,

por que ela não neutraliza a substância básica que existe dentro do próprio tampão?

Sabemos que ácidos e bases são inimigos mortais, então se eu colocasse dentro de uma solução HCl com NaOH, nunca que eles formariam um tampão.

Mas, na definição do tampão, nós temos substâncias ácidas e básicas na mesma solução que não reagem entre si, só reagem com substâncias externas.

Como garantir isso?

É simples! Para termos uma substância ácida em contato com uma básica sem reagir, basta que eles tenham um íon em comum!

Olhe para o $NH_4OH$ e o $NH_4Cl$.

Um é uma base e o outro é um sal de caráter ácido, já que ele vem de uma base fraca e um ácido forte (HCl).

Temos uma substância ácida e uma básica. E elas não reagem porque possuem o mesmo íon!

$NH_4OH + NH_4Cl \rightleftharpoons NH_4Cl + NH_4OH$

Perfeito! É isso que possibilita a existência de compostos opostos sem se destruírem quando entram em contato! Isso é um tampão!

Agora que entendemos toda a analogia, vamos formalizar essa definição…

2. Tampão Ácido e Tampão Básico

Existem duas maneiras de juntar compostos opostos (um de caráter ácido e o outro básico) de forma que eles não reajam.

Chamamos elas de Tampão Ácido e Tampão Básico.

Tampão Ácido

Ele é formado por um ácido fraco e por um sal de caráter básico derivado desse mesmo ácido.

Ou seja, o sal é formado pelo ânion do ácido fraco e por um cátion de uma base forte. Como por exemplo, o $CH_3COOH$ com o $CH_3COONa$.

O ácido $CH_3COOH$ ataca substâncias básicas que entrarem na solução e o sal $CH_3COONa$ ataca as ácidas.

Tampão Básico

Ele é formado por uma base fraca e por um sal de caráter ácido derivado dessa mesma base.

Ou seja, o sal é formado pelo cátion da base fraca e por um ânion de um ácido forte. Como por exemplo, o $NH_4OH$ com o $NH_4Cl$.

A base $NH_4OH$ ataca substâncias ácidas que entrarem na solução e o sal $NH_4Cl ataca as básicas.

3. Mecanismo de Defesa: Como o Tampão Luta?

Vamos ver nosso exército em ação. Vou usar como exemplo um tampão ácido, mas funcionaria da mesma maneira para um tampão básico.

Nosso exemplo aqui será do ácido acético com o acetato de sódio (HAc // NaAc).

Eu sei que não existe o elemento Ac-, estou escrevendo assim como se fosse sinônimo do acetato $CH_3COO^{-}$, apenas para facilitar a escrita.

Vamos considerar que temos 4 mols de HAc e 4 mols de NaAc em 1,0 litro de solução. Vamos ver o que acontece quando os “inimigos” chegam.

Cenário A: Adicionamos um Ácido Forte (HCl)

Adicionei 1 mol de HCl. Quem vai atacá-lo? Se eu adicionei um ácido, nossa base atacará, que é (nesse caso) o sal de caráter básico NaAc.

$HCl + NaAc \rightarrow HAc + NaCl$

A proporção é de 1:1:1:1, então 1 mol de HCl foi neutralizados por 1 mol de NaAc e formou 1 mol de HAc e de NaCl.

Inicialmente, tínhamos 4 mols de HAc e agora temos 5 mols de HAc.

Inicialmente, tínhamos 4 mols de NaAc e agora temos 3 mols de NaAc.

O NaCl é um sal de caráter neutro, não influenciando no pH da solução.

Moral da história: neutralizamos o ácido forte e continuamos com nosso tampão, já que continuamos possuíndo uma substância ácida (5 mols de HAc) e uma básica (3 mols de NaAc).

Cenário B: Adicionamos uma Base Forte (NaOH)

Adicionei 1 mol de NaOH. Quem vai atacá-lo? Se eu adicionei uma base, nosso ácido atacará, que é (nesse caso) o HAc.

$HAc + NaOH \rightarrow NaAc + H_2O$

A proporção é de 1:1:1:1, então 1 mol de NaOH foi neutralizados por 1 mol de HAc e formou 1 mol de NaAc e de água.

Inicialmente, tínhamos 4 mols de HAc e agora temos 3 mols de HAc.

Inicialmente, tínhamos 4 mols de NaAc e agora temos 5 mols de NaAc.

A água é neutra, não influenciando no pH da solução.

Moral da história: neutralizamos a base forte e continuamos com nosso tampão, já que continuamos possuíndo uma substância ácida (3 mols de HAc) e uma básica (5 mols de NaAc).

Cenário C: Adicionamos mais do que nosso tampão aguenta

Adicionei 10 mols de HCl. Quem vai atacá-lo? Se eu adicionei um ácido, nossa base atacará, que é (nesse caso) o sal de caráter básico NaAc.

$HCl + NaAc \rightarrow HAc + NaCl$

A proporção é de 1:1:1:1, então 4 mols de HCl foram neutralizados por 4 mol de NaAc e formaram 4 mols de HAc e de NaCl.

Agora, nós temos 0 mols de NaAc para nos defendermos do HCl, ainda restam 6 mols de HCl e nós ainda temos 8 mols de HAc.

Não tem mais nada a fazer, o tampão perdeu! E o pH vai despencar agora, ficando extremamente ácido.

4. Por que aprender sobre tampão é importante ???

Entendemos o que é um tampão, as condições para ele existir e como ele funciona.

Mas para que isso serve?

Isso serve principalmente para você ficar vivo, apenas 😂.

Tudo que funciona dentro do seu corpo depende de uma temperatura ideal e de um pH ideal.

E se seu corpo mudasse seu pH por qualquer coisa externa que chegasse nele, suas células, proteínas, mecanismos de defesa deixariam de funcionar ou morreriam.

Nosso sangue possui vários tipos de tampão, justamente para evitar variações de pH que te causariam tontura, dor de cabeça, náusea, infecções, doenças ou até mesmo a morte.

O principal exemplo de tampão é o $H_2CO_3 // HCO_3^{-}$, controlando as variações de pH causadas pelas diferentes concentrações de $CO_2$ no corpo.

Pronto, entendemos a importância do tampão.

No próximo capítulo e último, vamos aprender como calcular o pH de um tampão e como fazer questões disso. Até já, forças!