Esta questão envolve o conceito de
solução-tampão. A solução-tampão citada no enunciado é formada pelo ácido
láctico (CH3CH(OH)COOH) e pelo sal lactato de sódio (CH3CH(OH)COONa).
Dessa forma, é uma solução-tampão ácida. Para calcular o pH é importante
identificar o ácido fraco e a base conjugada presentes. O ácido (HA) é, portanto,
o CH3CH(OH)COOH e sua base conjugada, espécie produzida quando o ácido
doa um próton H+, (A-) é o CH3CH(OH)COO-.
Observemos os dados e a resolução da questão:
Dados:
Concentrações das espécies:
[CH3CH(OH)COOH] = 0,15 mol/L;
[CH3CH(OH)COONa] = 0,15 mol/L;
Ka = 1,0 ∙ 10-4.
Resolução:
1) Em uma solução-tampão tem-se os
equilíbrios do ácido fraco e do sal:
CH3CH(OH)COOH + H2O
⇄ CH3COO- + H3O+
ou HA + H2O ⇄ A- + H3O+
CH3CH(OH)COONa + H2O
⇄ CH3COO- + Na+
ou NaA + H2O ⇄ A- + Na+
Para o cálculo do pH, o equilíbrio que
nos interessa é o equilíbrio do ácido, pois, a partir dele, podemos obter a
constante de ionização do ácido, Ka, que nos possibilita o cálculo da
concentração de H3O+ e, com o valor dessa concentração, podemos
calcular o pH. Dessa forma, considerando que a concentração da água é
praticamente constante e por isso ela não entra na expressão do equilíbrio,
tem-se:
Ka = [H3O+] [A-]/[HA]
2) A partir da expressão de Ka, é
possível descobrir a concentração de H3O+. Considerando que o ácido láctico é fraco, ele se ioniza
muito pouco em água, sendo possível negligenciar essa quantidade. Devido a
isso, a concentração de A- que deve ser utilizada na expressão do
equilíbrio é proveniente do sal NaA, que, por ser solúvel em água, se dissocia
completamente em A- e Na+. Logo, [A-] = [NaA]
= [CH3CH(OH)COONa]. Substituindo os valores das concentrações na expressão de Ka, tem-se:
1,0 ∙ 10-4 = [H3O+]
∙ 0,15/0,15
[H3O+] = 1,0 ∙ 10-4
3) A partir da concentração de H3O+
é possível calcular o pH pela seguinte expressão:
pH = - log [H3O+]
pH = - log (1,0 ∙ 10-4) = - [log (1,0) + log (10-4)] = - (0 – 4,0)
= 4,0
Dessa forma, o pH da solução é igual a
4,0.
Gabarito do Professor: Letra D.