Preparo de Solução Tampão

Grupo 15

Alunos:

Disciplina:

Campinas

2014

INTRODUÇÃO

Sistemas tampão são essenciais para certas áreas de conhecimento, por exemplo, na

bioquímica que usam esses sistemas já que sistemas biológicos são extremamente dependentes

do pH. Em outras áreas é necessário o controle do pH para evitar separações químicas,

precipitações e em sínteses químicas.

Uma solução tampão tem como característica resistir a mudanças de pH quando há a

adição de ácidos ou bases ou a ocorrência de uma diluição (HARRIS,1999). São compostas por

uma mistura de um ácido fraco e sua base conjugada ou mistura de uma base fraca e seu ácido

conjugado.

O pH da solução tampão pode ser calculado pela equação de Henderson-Hasselbalch:

Esta expressão fornece o pH de uma solução tampão, mas para isso deve-se saber a

razão entre as concentrações da espécie ácida (ácido fraco, HA) e da espécie básica (base

conjugada de um ácido fraco, A–).

Cada sistema tampão tem, portanto sua faixa de atuação, por exemplo, no caso do

sistema tampão ácido cítrico/citrato de sódio tem essa faixa de pH entre 3,0 e 3,5.

O suco de manga possui baixo pH, em torno de 3,3 a 4,5 que indica um pH

caracteristicamente ácido (CHISTÉ;COHEN, 2005). O ácido principal presente nesse alimento é o

ácido cítrico e este funciona como agente tamponante.

Curvas de titulações são construídas com o intuito de mapear o comportamento de uma

substância em uma titulação. Através dessa curva é possível perceber a faixa em que o ponto de

equivalência se encontra e assim sugerir um indicador mais apropriado para aquela faixa de pH. O

pH muda com a adição de titulante por isso a curva é expressa por pHx Volume adicionado de

titulante.

O leite possui entre 3-4% de proteínas e estas têm funções importantes na indústria

alimentícia em geral como emulsificar gorduras, estabilizar propriedades físico-químicas e

funcionais.

A solubilidade dessas proteínas no leite depende de fatores como grau de hidratação,

presença de substâncias não protéicas, densidade e distribuição de cargas. Esta última citada é

muito importante e é dependente do pH, e a solubilidade é função principalmente deste junto com

temperatura, força iônica e tipo de solvente. Ao modificar o pH do leite há a insolubilidade

completa das proteínas do leite e estas formam então um precipitado. Estes agregados são

formados por ajuste do pH no ponto isoelétrico da proteína, com a adição de sal, uso de certos

solventes ou combinação destes com a temperatura (ARAÚJO, 1999). Em valores de pH

superiores ou inferiores ao do ponto isoelétrico, a proteína apresenta cargas positivas ou

negativas e as moléculas de água podem interagir com estas cargas, contribuindo assim para a

solubilização (FENNEMA, 1993).

METODOLOGIA (Materiais e Métodos)

Materiais:

Citrato de Potássio

Ácido Cítrico

Béquer

Potenciômetro

Solução NaOH 0,1M

Pipeta

Pera de sucção

Suco de fruta comercial: manga

Água destilada

Métodos e Procedimentos

→ Preparação de Solução Tampão Citrato

A primeira etapa realizada no experimento foi a preparação de Solução Tampão Citrato.

Assim, foram preparadas duas soluções: 100mL de solução de citrato de sódio 0,28Mol/L e uma

solução de ácido cítrico 0,28Mol/L. Após essa etapa, foram calculados os volumes necessários de

cada uma dessas soluções para o preparo da solução tampão final de citrato 0,28Mol/L e com pH

4,8 em um béquer. O valor do pH foi posteriormente conferido com o auxílio de um potenciômetro.

→ Verificação da capacidade tamponante

A segunda etapa realizada no experimento foi a verificação da capacidade tamponante da

solução preparada na etapa anterior e de outras duas soluções específicas para cada grupo. Para

o Grupo XV, foram realizados três procedimentos para avaliar a capacidade tamponante de cada

solução:

O primeiro procedimento constituiu na utilização de 100mL da solução tampão citrato.

Foram adicionados 5mL de solução de NaOH 0,1M à solução tampão e foi medido o

pH com o auxílio do potenciômetro.

O segundo procedimento constituiu na verificação do pH da água destilada antes e

depois da adição de solução de NaOH 0,1M.

O terceiro procedimento envolveu a verificação do pH de um suco de manga comercial

antes e depois da adição de solução de NaOH 0,1M.

RESULTADOS E DISCUSSÃO

Preparação da solução tampão

Primeiramente foram preparadas soluções de 100ml de citrato de sódio 0,28Mol/L e ácido

cítrico 0,28Mol/L em balões volumétricos de 100ml.

Foram necessários cálculos para que se descobrisse a quantidade de massa a ser usada

para o preparo das soluções de 100ml cada. Tais cálculos são apresentados abaixo:

Citrato de Sódio 0,28Mol/L (MM 294,11):

0,28Mol – 1L x – 100mL

x = 0,028Mol

0,028Mol – y 1Mol – 294,11g

y = 8,2351g

Ácido Cítrico 0,28 mol/L (MM 192,13):

0,28Mol – 1L x – 100mL

x = 0,028Mol

0,028Mol – y 1Mol – 192,13g

y = 5,3796g

Assim, foram utilizadas 8,23g de citrato de sódio 0,28Mol/L e 5,38g de ácido cítrico

0,28Mol/L, ambos sólidos, na preparação das soluções de 100ml.

A partir de tais soluções foi preparado 100ml de Tampão Citrato 0,28Mol/L pH 4,8. Foram

realizados cálculos para descobrir a quantidade de volume que deveria ser adicionada de cada

solução. Os cálculos estão abaixo:

Cálculo da quantidade de mols

pH = pKa2 + log [A ˉ] [HA]

4,8 = 4,7 + log [A ˉ] [HA]

log [Aˉ] = 0,1 [HA]

[Aˉ] = 1,2589 x [HA]

[Aˉ] + [HA] = 0,28

1,2589 x [HA] + [HA] = 0,28

[HA] = 0,1239Mol

[Aˉ] = 1,559Mol

Cálculo dos volumes: M = nº mols legenda: M = molaridade; V = volume. V

Citrato de sódio 0,28Mol/L

0,28 = 0,1239 V

V = 0,4425 L = 44,3mL

Ácido Cítrico 0,28Mol/L

0,28 = 0,1559 V

V = 0,5568 L = 55,7mL

Após feita a solução tampão, seu pH foi medido no potenciômetro, onde foi encontrado o

pH 4,76, muito próximo ao esperado, que era o pH 4,8.

Verificação da capacidade tamponante

Foram avaliadas diversas soluções:

a) Adição de 5mL de HCl 0,1Mol/L em 100mL do Tampão Citrato 0,28Mol/L pH 4,76

Após adição de ácido clorídrico à solução tampão foi observada uma pequena alteração no

pH, que aumentou apenas 0,05, tornando-se 4,81. Essa pequena alteração revela a veracidade

de sua ação tamponante.

b) Água Destilada

A água destilada apresentou pH 6,8, que demonstra variação de apenas 0,2 em relação à

literatura. O fato de não estar exatamente com pH 7 pode ocorrer por conta de impurezas, como

presença de íons residuais, sais, onde uma quantidade de H+ livre pode ocasionar a variação no

pH.

c) Adição de 5ml de NaOH 0,1Mol/L em 100mL de Água Destilada

Com a adição do hidróxido de sódio, a solução apresentou pH 11,45, que é um pouco

abaixo do pH esperado, mas está bem próximo do valor. O fato da variação pode ter ocorrido pela

impureza da água destilada utilizada, que pode conter resíduos de íons, sais, onde prótons livres

ocasionaram diminuição do pH.

Cálculo do pH de NaOH 0,1Mol/L

[OH] = 0,1mol/L

pOH = - log[OH] = - log[0,1] = - (-1) = 1

pH + pOH = 14

pH = 14 – pOH = 14 – 1 → pH = 13

d) Suco de fruta comercial (100mL)

Foi analisado o suco de manga, em que o resultado encontrado foi o pH 3,48. Isso

acontece pela presença de ácido cítrico no suco. Esse valor está dentro dos valores padrões

encontrados na literatura, que são entre 3 e 4,5 (SANTOS et al, 2012).

e) Adição de 5mL de NaOH 0,1mol/L em 100mL de suco de fruta comercial

A adição de hidróxido de sódio ao suco fez o pH variar apenas 0,462, apresentando pH

3,51. Esse resultado demonstra que o suco analisado possui alta capacidade de tamponamento,

por não ter variado acima de uma unidade, pois a faixa de pH de um tampão equivale à variação

do pKa de, aproximadamente, uma unidade (para mais e para menos) (FIORUCCI et al., 2001).

Efeito da adição de ácido clorídrico e solução de NaOH em leite desnatado diluído,

na solubilidade das proteínas

Foi observado no laboratório o que ocorreu com soluções 200mL de leite desnatado 2%

após adição de ácido clorídrico, água destilada e hidróxido de sódio. Os resultados estão abaixo.

A – 200mL de leite desnatado 2% + 10mL de solução de HCl 0,6Mol/L

O pH encontrado foi 1,44. A solução foi observada no laboratório, na qual foi percebida

presença de precipitado branco ao fundo, caracterizando heterogeneidade. A porção líquida da

solução apresentou-se esbranquiçada e turva, com formação de pouca espuma na superfície.

Em meio muito ácido, as caseínas se tornam mais solúveis por terem cargas opostas e

causarem repulsão. Por isso, estas estão presentes na parte aquosa. Mas, ao adicionar ácido este

reage com os sais presentes no leite e por consequência forma novos produtos, e muitos destes

precipitaram no fundo do béquer.

B – 200mL de leite desnatado 2% + 3mL de solução de HCl 0,6Mol/L

O valor de pH medido na solução foi 4,5. A solução analisada foi percebida a presença de

espuma na parte superior. Apresentou coagulação branca de coloração branca e parte líquida de

coloração amarelada superior aos coágulos.

Nesse pH há a precipitação da caseína já que o pI (ponto isoelétrico) da mesma é em

torno de 4,6, ou seja, a acidificação torna as cargas positivas e negativas das micelas de caseína

equivalentes e a hidratação junto com as ligações que as mantém juntas são bem mais fracas,

tornando-as mais insolúveis e precipitando.

C – 200mL de leite desnatado 2% + 10mL de água destilada

A solução apresentou pH 7,30. Demonstrou ter aspecto muito parecido com o do leite

desnatado convencional, sendo homogêneo e branco, dando a impressão de leite aguado.

O pH do leite desnatado está entre 6,6- 6,8 portanto houve uma ligeira mudança com a

adição da água destilada, porém esta não foi grande o suficiente pra causar um grande impacto

na estrutura do leite como surgimento de precipitações, entre outras.

D – 200mL de leite desnatado 2% + 10mL de solução de NaOH 0,6Mol/L

O pH medido foi de 11,92. A solução tornou-se um líquido amarelo e sem espuma.

O que foi observado foi resultado da “digestão alcalina” das proteínas e da gordura

presente no leite pelo hidróxido de sódio.

Faixa de pH de soluções tampão comumente utilizadas

Sistema Tampão Faixa de pHCapacidade Tampão

pH de Capacidade Tampão Máxima

T. Acetato 3,6 – 5,6 4,6

T. Fosfato 5,7 – 8,0 6,85

T. Citrato 3,0 – 6,2 4,6

T. Citrato Fosfato 2,6 – 7,0 4,8

T. Borato 7,2 – 9,0 8,1

T. Borato-NaOH 9,28 – 10,1 9,69

T. Tris HCl 7,2 – 9,0 8,1

T. Glicina-HCl 2,2 – 3,6 2,9

T. Glicina-NaOH 8,6 – 10,6 9,6

T. Carbonato-Bicarbonato 9,2 – 10,7 9,95

Observando as faixas de pH percebemos que cada tampão é usado para substâncias que

possuem pH próximo ao da faixa, para que a titulação seja feita com maior facilidade. Vê-se

também que existem faixas mais curtas, indicando baixa capacidade tamponante, como por

exemplo T. Borato-NaOH, e faixas maiores em tampões com alta ação tamponante, como o T.

Citrato-Fosfato. É importante destacar que capacidade de tampão máxima ocorre quando o pH é

igual ao pKa, pois a concentração do ácido e de sua base conjugada são as mesmas, indicando o

ponto de maior eficiência do tampão. Os dados utilizados foram dados em aula.

Curvas de Titulação (pH x NaOH)

Soluções apresentadas:

a) titulação de 25mL de solução de HCl 0,1mol/L com solução de NaOH 0,1mol/L

b) titulação de 25mL de glicina 0,1M com solução de NaOH 0,1mol/L

c) titulação de 25mL de solução de ácido acético 0,1M com solução de NaOH 0,1mol/L

Avaliando os gráficos podemos perceber nas curvas de HCl e glicina uma região de pH

quase constante com o aumento de volume de hidróxido de sódio, que é ao redor do pKa. Essa

região é onde ocorre o efeito de ação tamponante, em que seu máximo é no pKa. Além disso,

percebemos que a curva de ácido acético apresenta duas regiões tamponantes e,

consequentemente, dois pKa's, onde o primeiro (próximo ao pH 3,5) possui bem menos ação

tamponante que o segundo (próximo ao pH 8,5). Observa-se também que o HCl possui maior

ação tamponante entre as três soluções avaliadas.

CONCLUSÃO

Os resultados finais do experimento permitiram concluir que a solução tampão citrato e o

suco comercial de manga apresentavam uma capacidade tamponante eficiente. Em ambos os

procedimentos, o pH medido com o auxílio do potenciômetro não se alterou substancialmente, em

contraste com a grande mudança de pH observada na adição de solução de hidróxido de sódio

em água destilada. Sobre os experimentos realizados com as soluções contendo leite, foi possível

observar o efeito do pH sobre a conformação de suas proteínas e, consequentemente, na

solubilidade dessas na solução, que se coagularam em meio pouco ácido e se tornaram solúveis

em meio muito ácido ou básico. Nas curvas de titulação observou-se a ação tamponante do ácido

clorídrico, do ácido acético e da glicina, onde o HCl demonstrou maior eficiência (maior faixa de

pH). Entre as soluções tampão comumente utilizadas percebeu-se a grande variação de faixas de

pH, mostrando a necessidade da escolha adequada para o tipo de titulação a ser feita.

REFERÊNCIAS

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