Python: Cálculo de solução tampão

🧪 Simulação em Python: Variação do pH em uma Solução Tampão

Vamos simular como o pH de uma solução tampão muda à medida que adicionamos um ácido forte (HCl) ou uma base forte (NaOH).
Usaremos a equação de Henderson–Hasselbalch:

Vamos considerar um ácido fraco (como o ácido acético) e sua base conjugada (acetato).

Code:

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import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt

# Buffer system: Acetic acid / Acetate
Ka = 1.8e-5
pKa = -np.log10(Ka)

# Initial concentrations (mol/L)
acid = 0.1     # CH₃COOH
base = 0.1     # CH₃COO⁻

# Range of added strong acid (HCl) and base (NaOH) in mmol
added = np.linspace(-10, 10, 200)   # -5 mmol HCl to +5 mmol NaOH
volume = 100  # mL of buffer solution

# Convert to mol
added_mol = added / 1000

# New concentrations
acid_new = acid + (-added_mol / (volume / 1000))
base_new = base + (added_mol / (volume / 1000))

# Avoid zero or negative concentrations
acid_new = np.clip(acid_new, 1e-10, None)
base_new = np.clip(base_new, 1e-10, None)

# Calculate pH
pH = pKa + np.log10(base_new / acid_new)

# Plot
plt.plot(added, pH, color='green')
plt.axvline(0, linestyle='--', color='gray', alpha=0.5)
plt.title("Simulação de pH em um Tampão (CH₃COOH/CH₃COO⁻)")
plt.xlabel("Ácido forte (-) ou Base forte (+) adicionados (mmol)")
plt.ylabel("pH")
plt.grid(True)
plt.show()

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👨🏽‍🔬Perceba que o pH varia pouco na faixa em que o tampão  está ativo-dea cordo com a capacidade do tampão explicads acima - mas fora da faixa o pH varia muito...

Pode -se rodar o programa para outros sistemas de tampão, basta apenas mudar o valor do pKa.

Nota-se que a forma da curva é a mesma, mas muda  a sua posição com respeito ao pH.