pH e pKa são importantes parâmetros de solução em muitas áreas da química, incluindo cálculos envolvendo equilíbrios ácido-básicos. O pH é a medida universal da acidez, definida como o logaritmo negativo, para a base 10, da “concentração de íon hidrogênio” de uma solução, e é expressa como: pH = -log [H3O +]. Os parênteses denotam concentração e o sinal "+" denota a carga do íon hidrogênio. pKa é o logaritmo negativo, para a base 10, da “constante de dissociação” de um ácido fraco. Por exemplo, a dissociação de um ácido fraco “HA” é escrita: Ka = [H3O +] [A-] /[HA], onde A- é a “base conjugada” do ácido. Portanto, pKa = -log Ka. Cada ácido fraco tem um valor pKa único. Use a equação de Henderson-Hasselbalch para calcular o pH de uma solução tampão, que é uma solução de um ácido fraco e sua base conjugada, quando o pKa do ácido é conhecido. Esta equação é expressa: pH = pKa + log ([base] /[ácido]).

Suponha que você tenha uma solução tampão que foi preparada adicionando 25,0 ml de uma solução 0,1 M de hidróxido de sódio (NaOH) 75,0 ml de uma solução 0,1 M de ácido acético (CH3COOH), onde “M” significa concentração molar. Note que o ácido acético reage com NaOH para formar a base conjugada, CH3C00H-, como segue: CH3COOH + NaOH = CH3C00- + Na + H20. Para calcular o pH, é necessário calcular as quantidades de ácido e base conjugada na solução tampão após a reação.

Calcule as moles iniciais de base e ácido na solução tampão. Por exemplo, moles de NaOH = 25,0 ml x 0,1 moles /litro x 1 litro /1000 ml = 0,0025 moles; moles de CH3COOH = 75,0 ml x 0,10 mole /litro x 1 litro /1000 ml = 0,0075 moles.

Observe que, ao misturar as soluções, o CH3COOH consome os íons OH- (hidroxila) associados ao NaOH, de modo que o que resta é 0,0050 moles de CH3COOH (ácido), 0,0025 moles de CH3COO- (base) e 0 moles de OH-.

Substitua o pKa do ácido (4,74 para o ácido acético) e o ácido e concentrações de base na equação de Henderson-Hasselbalch para calcular o pH da solução tampão. Por exemplo, pH = 4,74 + log (0,0025 /0,005) = 4,74 + log 0,5 = 4,44.

Dica

Ao contrário dos ácidos fortes, os ácidos fracos não ionizam completamente em solução. Em vez disso, estabelece-se um equilíbrio entre o ácido sindicalizado, o íon hidrogênio e a base conjugada. Os valores de pKa estão disponíveis em livros de química, outras literaturas químicas e em recursos online. Os buffers são especificamente formulados para uma série de aplicações industriais e outras em que o pH deve ser mantido dentro dos limites predefinidos.