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Solução Tampão

Solução Tampão

São soluções usadas para tentar manter o pH dentro de uma faixa ideal para determinado procedimento laboratorial. Embora no presente haja disponível no mercado soluções tampões, na maioria das vezes essas são preparadas pelo usuário. 
Para tal é necessário um conhecimento teórico sobre tampões e familiaridade com operações matemáticas.
Assim, uma solução tampão é composta de um par ácido fraco (ácido conjugado) e seu sal (base conjugada), mas um tampão pode também ser composto de uma base fraca (base conjugada) e seu respectivo par (ácido conjugado).
Exemplificando, tampão acetato é composto de ácido acético (H3CCOOH) e íon acetato (H3CCOO- ). Ele pode ser preparado a partir do ácido acético e um dos seus sais (acetato de sódio ou potássio). 
Entretanto, mesmo não havendo no laboratório o sal acetato é possível preparar tampão acetato só a partir de ácido acético adicionando-se NaOH ou KOH para gerar o sal correspondente.  
Com relação aos tampões tendo bases como seus componentes o mais comum é o tampão Tris (tris-hidroximetilaminometano). Atualmente os componentes acido/base conjugados do tampão Tris pode ser encontradas comercialmente, isto é, o Tris- base (base conjugada)
e o tris Cloridrato de Tris (Tris-ácido, ácido conjugado) para o preparo do tampão. Entretanto na maioria das vezes só é encontrado no almoxarifado o Tris-base, de tal modo que para preparar  esse  tampão,  será  necessário  gerar o tris-ácido pela adição de HCl.
Devido a dificuldade com os cálculos e da disponibilidade no laboratório dos componentes do tampão, foi idealizada essa ferramenta de cálculos, desenvolvida a partir de uma planilha Excel antes usada, facilitando o processo. Entretanto para o seu bom uso um conhecimento teórico é requerido e alguns conceitos são relevantes:

1- Concentração do tampão: é expressa em molaridade e representa a soma das concentrações dos dois componentes do tampão (ácido+base). Exemplificando, tampão acetato 0,1 M significa que a soma do número de mols do ácido mais a do sal é igual a 0,1.

2- pH do tampão : é dado pela relação do nº.de mols do sal pelo ácido e matematicamente expressa pela fórmula:

pH = pKa + log [sal] / [ácido] (1)

pKa = -log Keq

Sendo que pka é uma constante para determinado ácido, valor esse encontrado em manuais de laboratório, e Keq é a constante de equilíbrio de dissociação do ácido fraco.

Não se esqueça de que também temos os ácidos polipróticos, que funcionam como tampões, ao qual são moléculas que apresentam mais de um hidrogênio ionizável, capazes de doar dois ou mais prótons formando ácidos conjugados de tampões. O caso mais conhecido é do ácido fosfórico (H3PO4), o qual tem 3 pKas (pKa1 = 2,14; pKa2 = 6,86 e pKa3 = 12,4)

Assim, geralmente o tampão fosfato é utilizado para menter o pH de uma solução ao redor de 7. Logo, os componentes ácido-base do tampão fosfato para manter um pH de 7, por exemplo 7,4 poderão ser os sais ácidos NaH2PO4 ou KH2PO4 e os sais Na2HPO4 ou K2HPO4 que funcionarão como base conjugada.

Então nos cálculos da relação sal/ácido necessária para menter o pH de 7,4 deve ser utilizado o pKa correspondente que é o pKa2 = 6,86.


Etapas de cálculos para o preparo de tampões:

1º Calcular pela equação (1) a relação do nº de mols de acido pelo de sal para fornecer o pH desejado, obtendo-se uma equação matemática com 2 incógnitas.

(1) Sal / ácido = x

2º Como a soma do nº mols de sal mais ácido é igual ao nº de mols(n) total do tampão é obtida uma segunda equação matemática(2).

(2) Sal + Ácido = x

3º A partir das 2 equações é calculado o nº de mols de sal e de ácido necessários para fornecer a concentração e o pH final do tampão.

Essas fórmulas foram embutidas no sistema de cálculos mostrados a seguir, possibilitando o cálculo da massa ou volume do soluto necessário para o preparo de um tampão e para tal as seguintes etapas devem ser seguidas para cada sistema em particular.

Passo a Passo no Preparo de Solução Tampão

a)Disponho no laboratório dos dois componentes do tampão.

Passo a passo para o calculo:

1- Selecionar na janela "tenho ácido e base (sal)";
2- Selecionar no sistema de calcular o ácido componente do tampão, se ele é um sólido ou líquido;
3Informar :
a) o pH desejado do tampão;
b) A concentração molar desejada;
c) O volume (em litros) do tampão;
d) As massas moleculares e as purezas dos componentes ácidos e base (sal) do tampão;
e) O pKa do ácido monoprótico componente do tampão ou pKaapropriado do ácido polipróticos;
f) Se o ácido do tampão for um líquido informar a densidade.
4- Pesar ou pipetar os valores obtidos para o sal e ácido;
5- Dissolver e completar para o volume final desejado de solução;
6- Checar o pH e se necessário acertar;
7- Completar o volume e armazenar em frascos devidamente rotulados, como ilustrado em %.

b) Há no laboratório somente o componente ácido do tampão

Exemplo:
a) Tenho só ácido láctico e preciso de tampão lactato de Na, i.e, não tenho o sal lactato de sódio (Na), ou  
b) Só tenho NaH2PO4, preciso de tampão fosfato pH 7,4 mas não tenho o sal (Na2HPO4)

Nesses casos o nº mols de sal será gerado por uma solução de NaOH 1,0 M a qual deverá ser preparada pelo usuário.

Passo a Passo para o Cálculo:

1- Selecionar na janela "tenho somente o ácido";
2- Selecionar a forma física do ácido ;
3- Informar :    
a) O pH desejado do tampão;
b) A concentração desejada para o tampão;
c) O volume (em litros) da solução tampão;
d) O pka do ácido monoprótico componente do tampão ou pKa apropriado do ácido poliprótico;
e) A massa molecular e a pureza do componente ácido do tampão;
f) Se o ácido for líquido, digite a sua densidade.
4- Pesar ou pipetar a quantidade de ácido calculado;
5- Dissolver o ácido em volume de água menos (75% menor que o volume final desejado de solução);
6- Adicionar o volume calculado de NaOH 1,0 M;
7- Verificar o pH e acertar se necessário;
8- Completar o volume e armazenar em frascos devidamente rotulados, como ilustrado em %.

c) Há no laboratório sómente a Base Conjugada


Exemplo:
a)Tenho só Tris-base e preciso de tampão Tris 0,1M pH 7,0
b)Assim o componente ácido do tampão será gerado por uma solução de HCl 1,0 M, o qual deverá ser preparado pelo usuário

Passo a passo para o calculo:


1. Selecionar na janela "tenho somente a base" ;
2. Selecionar a forma física da base;
3. Informar :
a) O pH desejado do tampão;
b) A concentração desejada para o tampão;
c) O volume (em litros) da solução tampão;
d) O pka do ácido componente do tampão;
e) O pKa do ácido monoprótico componente do tampão ou pKaapropriado do ácido poliprótico;
f) Se o ácido for líquido, digite a sua densidade;
4. Pesar ou pipetar a quantidade de ácido calculado;
5. Dissolver o ácido em volume de água (75% menor que o volume final desejado de solução);
6. Adicionar o volume calculado de HCl 1,0 M;
7. Verificar o pH e acertar se necessário;
Completar o volume e armazenar em frascos devidamente rotulados, como ilustrado em %.

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