Tutorial de Tom Greenbowe Professor de Química da Iowa State University
Adaptado por M. Silva Pinto para a Casa das Ciências em Março de 2009

Soluções tampão são soluções que agem "controlando" a variação dos valores de pH (quer em meio ácido quer em meio alcalino), mantendo-o aproximadamente constante, mesmo com adição de pequenas quantidades de ácidos, bases ou solventes. As soluções-tampão são geralmente formadas por um ácido fraco e um sal desse ácido - que "cede" a base conjugada - ou então por uma base fraca e um sal dessa base. As soluções-tampão são usadas sempre que se deseja um meio sem grandes variações do valor de pH o que acontece frequentemente quer na investigação, quer na análise, quer na industria. Em estudos ligados à medicina e à biologia é muito importante o conceito de solução-tampão, uma vez que os meios líquidos biológicos (sejam eles de origem animal ou vegetal) são, em geral, meios aquosos tamponados. Por exemplo, um dos sistemas líquidos que é uma solução-tampão que tem um papel extremamente importante na organização vital dos animais é o sangue, permitindo a manutenção das trocas gasosas e das proteínas. O pH do sangue é de 7,4 e o principal sistema tampão é um equilíbrio entre o ácido carbónico e o ião hidrogenocarbonato que lhe está associado como par ácido/base. Este sistema tampão, evita variações de pH superiores a 0.3 unidades, variações essas, que a existirem poderiam trazer graves consequências ao funconamento do organismo.
Como vimos, as soluções-tampão são "resistentes" a variações de pH quando a elas são adicionados ácidos ou bases ou quando se produz uma adição de solvente (água normalmemnte) para provocar uma diluição da solução. Essa resistência resulta do equilíbrio das espécies em presença, ou seja do par ácido/base conjugado. É por isso, que as soluções-tampão são constituídas por um ácido fraco e sua base conjugada - para a qual se usa normalmente o seu sal em solução - ou por uma base fraca e seu ácido conjugado - usando-se do mesmo modo o sal correspondente para este efeito. São exemplos de soluções tampões
Ácido bórico + borato de sódio
Ácido cítrico + citrato de sódio
Ácido acético + acetato de sódio
Amónia + cloreto de amónio
Ácido fosfórico + fosfato de sódio
Este tipo de soluções desempenham um importante papel nos processos químicos e bioquímicos que sejam dependentes de um certo controlo de pH, ou seja, em que o valor deste não possa ou não deva sofrer grandes variações. Isso acontece quer em processos industriais quer fisiológicos que requerem um pH fixo para que determinada função seja desempenhada. Por exemplo, o par HCO₃^–/H₂CO₃ controla o transporte de CO₂ no sangue bem co o seu pH daí a importância que referimos a título exemplificativo.

Actividade 1.

a) - Qual é o pH da solução de ácido láctico 0.10 M HC₃H₅O₃(aq), sabe-se que K_a = 1.4 x 10^-4?
b) - Escreva a equação química que ilustra o que acontece quando uma certa quatidade de HC₃H₅O₃ pura é colocada em água.
c) - Qual será o pH de uma solução de lactato de sódio 0.10 M NaC₃H₅O₃(aq)?
d) - Escreva a equação química que ilustra o que acontece quando se coloca NaC₃H₅O₃ sólido em água.
e) - Sem usar a simulação, tente prever o pH de uma solução 0.10 M de HC₃H₅O₃(aq) quando se adiciona quantidade suficiente de NaC₃H₅O₃(s) tendo em conta que a concentração inicial de NaC₃H₅O₃(aq) é 0.10 M
      O pH da solução [aumenta, diminui ou fica na mesma] ?
      Use a simulação para verificar a sua previsão.
f) - Escreva a equação química que represente um sistema em que NaC₃H₅O₃(aq) é adicionado a HC₃H₅O₃(aq) .
      Explique porque é que o pH muda quando se adiciona NaC₃H₅O₃(aq).
g) - Use a simulação para adicionar diferentes concentrações e quantidadaes de NaC₃H₅O₃(aq) e de HC₃H₅O₃(aq) uma à outra. Simule pelo menos mais duas outras soluções. Verifique e controle os resultados.

Actividade 2.

a) - Use a simulação para misturar as seguintes soluções. Compare os respectivos valores de pH .

1. 100.0 mL 0.500 M HC₃H₅O₃(aq) / 100.0 mL 0.500 M NaC₃H₅O₃(aq)
2. 100.0 mL 0.100 M HC₃H₅O₃(aq) / 100.0 mL 0.500 M NaC₃H₅O₃(aq)
3. 100.0 mL 0.500 M HC₃H₅O₃(aq) / 100.0 mL 0.100 M NaC₃H₅O₃(aq)

b) - Explique as causas das diferenças de pH. Use o princípio de Le Chatelier, escrevendo em simultâneo as equações aplicáveis.

Actividade 3.

Usando a simulação, escolha duas soluções que, quando misturadas permitam criar 1.0L de uma solução-tampão com o valor de pH que se indica. Recorde que são relevantes não apenas as concentrações, mas também as quantidades.

a) - pH = 4.74 (com o ácido acético como componente) K_a = 1.8 x 10^-5
b) - pH = 5.00 (com o áciso acético como componente)
c) - pH = 9.25 (com a amónia como um dos componentes) K_b = 1.8 x 10^-5
d) - pH = 8.00 (com a amónia como um dos componantes)

Actividade 4.

a) - Escolha uma das soluções da actividade 1. Teste essa solução como solução-tampão usando a parte II da simulação. Que evidências possui que lhe permitam afirmar que é de facto uma solução deste tipo?

b) - Escreva uma equação que mostre o que acontece quando se adiciona um ácido à solução que escolheu.

c) - Escreva uma equação que mostre o que acontece quando se adiciona uma base à solução que escolheu.

Actividade 5

Calcule o valor de pH para uma solução criada a partir de 200.0 mL de ácido acético 0.400 M e 200.0 mL de acetato de sódio 1.00 M
No preciso instante em que as soluções se misturam qual o valor inicial de cada uma delas? Use a simulação para validar os seus cálculos.