Equilbrio cido-base cidos: tm gosto azedo e fazem com que os corantes mudem de cor. Bases: tm gosto amargo e so escorregadias. Arrhenius: os cidos aumentam a [H+] e as bases aumentam a [OH-] em soluo. Arrhenius: cido + base sal + gua. Problema: a definio nos limita soluo aquosa.cidos e bases: uma breve revisoO on H+em gua O on H+(aq) simplesmente um prton sem eltrons. (O H temum prton, um eltron e nenhum nutron.) Em gua, o H+(aq) forma aglomerados. O aglomerado mais simples o H3O+(aq). Aglomerados maioresso H5O2+e H9O4+. Geralmente usamos H+(aq) e H3O+(aq) de maneira intercambivel.cidos e bases de Brnsted-LowryReaes de transferncia de Prton Focaremos no H+(aq). Brnsted-Lowry: o cido doa H+e a base recebe H+. Abase de Brnsted-Lowry no precisa conter OH-. Considere HCl(aq) + H2O(l) H3O+(aq) + Cl-(aq): o HCl doa um prton para a gua. Conseqentemente, o HCl um cido. a H2O recebe um prton do HCl. Conseqentemente, a H2O uma base. Agua pode se comportar tanto como cido quanto como base. As substncias anfteras podem se comportar tanto como cidos quanto como bases.cidos e bases de Brnsted-Lowrycidos e bases de Brnsted-LowryPares cido-base conjugados O que quer que tenha sobrado do cido aps o prton ter sido doado chamadode sua base conjugada. Similarmente, o que quer que tenha sobrado da base aps ela ter recebido oprton chamado de um cido conjugado. Considere Aps o HA (cido) perder seu prton ele convertido em A-(base).Conseqentemente o HAe o A-so pares cido-base conjugados. Aps a H2O (base) receber um prton, ela convertida em H3O+(cido).Conseqentemente, a H2O e o H3O+so pares cido-base conjugados. Os pares cido-base conjugados diferem entre si apenas em um prton.HA(aq) + H2O(l) H3O+(aq) + A-(aq)cidos e bases de Brnsted-LowryForas relativas de cidos e bases Quanto mais forte o cido, mais fraca a base conjugada. O H+ o cido mais forte que pode existir no equilbrio em soluoaquosa. O OH- a base mais forte que pode existir no equilbrio emsoluo aquosa.cidos e bases de Brnsted-LowryForas relativas de cidos e bases Qualquer cido ou base que mais forte do que H+ou OH-simplesmente reage estequiometricamente para produzir H+e OH-. A base conjugada de um cido forte (por exemplo, Cl-) tem propriedades cido-base desprezveis. Da mesma forma, o cido conjugado de uma base forte tem propriedades cido-base desprezveis.cidos e bases de Brnsted-LowryO produto inico da gua Em gua pura, estabelece-se o seguinte equilbrio a 25 C O descrito acima chamado de auto-ionizao da gua.H2O(l) + H2O(l) H3O+(aq) + OH-(aq)14 -3-32222-310 0 . 1 ] OH ][ O H [] OH ][ O H [ ] O H [] O H [] OH ][ O H [ +++ = == =weqeqKKKAuto-ionizao da gua Na maioria das solues a [H+(aq)] bem pequena. Definimos Em gua neutra a 25 C, pH = pOH = 7,00. Em solues cidas, a [H+] > 1,0 10-7, ento o pH < 7,00. Em solues bsicas, a [H+] < 1,0 10-7, ento o pH > 7,00. Quanto mais alto o pH, mais baixo o pOH e mais bsica a soluo.] OH log[ pOH ] H log[ ] O H log[ pH-3 = = =+ +A escala de pH A maioria dos valores de pH e de pOH est entre 0 e 14. No h limites tericos nos valores de pH ou de pOH. (por exemplo, o pH de HCl 2,0 mol/L -0,301.)A escala de pHOutras escalas p Em geral, para um nmero X, Por exemplo, pKw= -log Kw.X log X p =( )14 pOH pH14 ] OH log[ ] H log[14 ] OH ][ H [ log pK10 0 . 1 ] OH ][ H [--w14 -= += = = = =++ +wKA escala de pHMedindo o pH O mtodo mais preciso de medir o pH usar um medidor de pH. Entretanto, alguns corantes mudam de cor quando o pH varia.Esses so indicadores. Os indicadores so menos precisos que os medidores de pH. Muitos indicadores no tm uma mudana acentuada como uma funo do pH. A maioria dos indicadores tende a ser vermelho em solues mais cidas.A escala de pHA escala de pHcidos fortes Os cidos comuns mais fortes so HCl, HBr, HI, HNO3, HClO3, HClO4, e H2SO4. cidos fortes so eletrlitos fortes. Todos os cidos fortes ionizam completamente em soluo:HNO3(aq) + H2O(l) H3O+(aq) + NO3-(aq) Uma vez que H+e H3O+so usados de maneira intercambivel, escrevemos:HNO3(aq) H+(aq) + NO3-(aq)cidos e bases fortescidos fortes Em solues, o cido forte geralmente a nica fonte de H+.(Se a concentrao em quantidade de matria do cido menor do que 10-6mol/L, a auto-ionizao da gua precisa ser considerada.) Assim, o pH da soluo a concentrao em quantidade de matria inicial do cido.Bases fortes A maioria dos hidrxidos inicos so bases fortes (por exemplo, NaOH, KOH, e Ca(OH)2).cidos e bases fortesBases fortes As bases fortes so eletrlitos fortes e dissociam-se completamente em soluo. O pOH (e, conseqentemente, o pH) de uma base forte dado pela concentrao em quantidade de matria inicial da base.Tenha cuidado com a estequiometria. Para um hidrxido ser uma base, ele deve ser solvel. As bases no tm que conter o on OH-:O2-(aq) + H2O(l) 2OH-(aq)H-(aq) + H2O(l) H2(g) + OH-(aq)N3-(aq) + 3H2O(l) NH3(aq) + 3OH-(aq)cidos e bases fortes Os cidos fracos so apenas parcialmente ionizados em soluo. Existe uma mistura de ons e cido no-ionizado em soluo. Conseqentemente, os cidos fracos esto em equilbrio:HA(aq) + H2O(l) H3O+(aq) + A-(aq)HA(aq) H+(aq) + A-(aq)] HA [] A ][ O H [-3 +=aK] HA [] A ][ H [- +=aKcidos fracos Ka a constante de dissociao de cido. Observe que a [H2O] omitida na expreso de Ka.(a H2O um lquido puro.) Quanto maior o Ka, mais forte o cido (neste caso, mais ons esto presentes no equilbrio em relao s molculas no-ionizadas). Se Ka>> 1, o cido est completamente ionizado e o cido um cido forte.cidos fracosClculo de Kaa partir do pH Os cidos fracos so simplesmente clculos de equilbrio. O pH fornece a concentrao no equilbrio de H+. Usando Ka, a concentrao de H+(e, conseqentemente, o pH) pode ser calculada. Escreva a equao qumica balanceada mostrando claramente oequilbrio. Escreva a expresso de equilbrio. Encontre o valor paraKa. Anote as concentraes iniciais e no equilbrio para tudo excetopara a gua pura. Geralmente supomos que a variao naconcentrao de H+ x.cidos fracosClculo de Kaa partir do pH Substitua na expresso da constante de equilbrio e resolva. Lembre-se de converter x em pH se necessrio.Usando Kapara calcular o pH A ionizao percentual outro mtodo para estimar a fora do cido.cidos fracosUsando Kapara calcular o pH A ionizao percentual relaciona a concentrao de H+ no equilbrio, [H+]eq, com a concentrao inicial de HA, [HA]0. Quanto maior a ionizao percentual, mais forte o cido. A ionizao percentual de um cido fraco diminui medida que a concentrao em quantidade de matria da soluo aumenta. Para o cido actico, uma soluo 0,05 mol/L est 2,0 % ionizada, enquanto uma soluo 0,15 mol/L est 1,0 % ionizada.cidos fracoscidos fracoscidos poliprticos Os cidos poliprticos tm mais de um prton ionizvel. Os prtons so removidos em etapas, no todos de uma s vez : sempre mais fcil remover o primeiro prton em um cido poliprtico do que o segundo. Conseqentemente, Ka1> Ka2> Ka3etc.H2SO3(aq) H+(aq) + HSO3-(aq) Ka1 = 1.7 x 10-2HSO3-(aq) H+(aq) + SO32-(aq) Ka2 = 6.4 x 10-8cidos fracoscidos poliprticoscidos fracos As bases fracas removem prtons das substncias. Existe um equilbrio entre a base e os ons resultantes: Exemplo: A constante de dissociao da base, Kb, definida comoNH3(aq) + H2O(l) NH4+(aq) + OH-(aq)] NH [] OH ][ NH [3-4+=bKBases fracasTipos de bases fracas As bases geralmente tm pares solitrios ou cargas negativas para atacar os prtons. As bases fracas mais neutras contm nitrognio. As aminas esto relacionadas com a amnia e tm uma ou mais ligaes N-H substitudas por ligaes N-C (por exemplo, CH3NH2 a metilamina). Os nions de cidos fracos tambm so bases fracas.Exemplo: OCl- a base conjugada do HOCl (cido fraco):ClO-(aq) + H2O(l) HClO(aq) + OH-(aq) Kb = 3.3 x 10-7Bases fracas Precisamos quantificar a relao entre a fora do cido e a base conjugada. Quando duas reaes so adicionadas para produzirem uma terceira, a constante de equilbrio para a terceira reao o produto das constantes de equilbrio para as duas primeiras:Reao 1 + Reao 2 = Reao 3tem-se ento:2 1 3K K K =Relaoentre Kae Kb Para um par cido-base conjugado Conseqentemente, quanto maior o Ka, menor o Kb.Isto , quanto mais forte o cido, mais fraca a base conjugada. Tomando o negativo dos logaritimos:b a wK K K =b a wpK pK pK + =Relao entre Kae KbRelao entre Kae Kb Quase todos os sais so eletrlitos fortes. Conseqentemente, os sais existem inteiramente como ons em soluo. As propriedades cido-base de sais so uma conseqncia da reao de seus ons em soluo. A reao na qual os ons produzem H+ou OH-em gua chamada hidrlise. Os nios de cidos fracos so bsicos. Os nions de cidos fortes so neutros.Propriedades cido-basede solues de saisUma habilidade do nion para reagir com gua Os nions, X-, podem ser considerados bases conjugadas de cidos, HX. Uma vez que o X-vem de um cido forte, ele neutro. Se X-vem de um cido fraco, ento O pH da soluo pode ser calculado usando o equilbrio!X-(aq)+H2O(l)HX(aq)+OH-(aq)Propriedades cido-basede solues de saisUma habilidade do ction para reagir com gua Os ctions poliatmicos com prtons ionizveis podem ser considerados cidos conjugados de bases fracas. Alguns ons metlicos reagem em soluo para reduzir o pH.Efeito combinado de ction e nion em soluo Um nion de um cido forte no tem propriedades cido-base. Um nion que a base conjugada de um cido fraco provocar um aumento no pH.NH4+(aq)+H2O(l)NH3(aq)+H3O+(aq)Propriedades cido-basede solues de saisEfeito combinado de ction e nion em soluo Um ction que o cido conjugado de uma base fraca provocar uma diminuio no pH da soluo. ons metlicos provocaro uma diminuio no pH, com exceo dos metais alcalinos e dos metais alcalinos terrosos. Quando uma soluo contm ctions e nions de cidos e bases fracas, use Kae Kbpara determinar o pH final da soluo.Propriedades cido-basede solues de salFatores que afetam a fora cidaConsidere H-X.Para que esta substncia seja um cido, precisamos que: a ligao H-X seja polar com Ho+ e Xo- (se X um metal, ento a polaridade de ligao Ho-, Xo+ e a substncia uma base), a ligao H-X seja fraca o suficiente para ser quebrada, a base conjugada, X-, seja estvel.Comportamento cido-basee estrutura qumicacidos binrios A fora do cido aumenta ao longo de um perodo e descendo em um grupo. De modo inverso, a fora da base diminui ao longo de um perodo e descendo em um grupo. O HF um cido fraco porque a energia de ligao alta. A diferena de eletronegatividade entre o C e o H to pequena que a ligao C-H apolar e o CH4no nem cido nem base.Comportamento cido-basee estrutura qumicacidos binriosComportamento cido-basee estrutura qumicaOxicidos Oxicidos contm ligaes O-H. Todos os oxicidos tm a estrutura geral Y-O-H. A fora do cido depende de Y e dos tomos ligados a Y. Se Y for um metal (baixa eletronegatividade), as substncias so bases. Se Y tem eletronegatividade intermediria (por exemplo, I, EN = 2,5), os eltrons esto entre o Y e o O e a substncia um oxicido fraco.Comportamento cido-basee estrutura qumicaOxicidos Se Y tem eletronegatividade grande (por exemplo, Cl, EN = 3,0), os eltrons esto localizados mais prximos de Y do que de O e a ligao O-H polarizada para perder H+. O nmero de tomos de O ligados a Y aumenta a polaridade da ligao O-H e a fora do cido aumenta (por exemplo, HOCl um cido mais fraco do que HClO2, que mais fraco do que HClO3, que mais fraco do que HClO4, que um cido forte).Comportamento cido-basee estrutura qumicaOxicidosComportamento cido-basee estrutura qumicacidos carboxlicos Todos os cidos carboxlicos contm o grupo COOH. Todos os cidos carboxlicos so cidos fracos. Quando o cido carboxlico perde um prton, ele produz o nion carboxilato, COO-.RCOHOComportamento cido-basee estrutura qumica O cido de Brnsted-Lowry um doador de prtons. Focando nos eltrons: um cido de Brnsted-Lowry pode ser considerado um receptor de par de eltrons. cido de Lewis: receptor de par de eltrons. Base de Lewis: doador de par de eltrons. Observe: os cidos e as bases de Lewis no precisam conter prtons. Conseqentemente, a definio de Lewis a definio mais geral de cidos e bases.cidos e bases de Lewis Os cidos de Lewis geralmetne tm um octeto incompleto (por exemplo, BF3). Os ons de metal de transio geralmente so cidos de Lewis. Os cidos de Lewis devem ter um orbital vazio (para o qual os pares de eltrons possam ser doados). Os compostos com ligaes t podem agir como cido de Lewis:H2O(l) + CO2(g) H2CO3(aq)cidos e bases de LewisHidrlise de ons metlicos Os ons metlicos so carregados positivamente e atraem molculas de gua (atravs dos pares livres no O). Quanto maior a carga, menor o on metlico e mais forte a interao M-OH2. Os ons metlicos hidratados agem como cidos: O pH aumenta medida que o tamanho do on aumenta (por exemplo, Ca2+versus Zn2+) e medida que a carga aumenta (Na+versus Ca2+e Zn2+versus Al3+).Fe(H2O)63+(aq) Fe(H2O)5(OH)2+(aq) + H+(aq)Ka = 2 x 10-3cidos e bases de LewisHidrlise de ons metlicoscidos e bases de LewisFim do Captulo 16Equilbrio cido-base