Aula 6 QA Classica KMB (6)

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Equilíbrio ácido-base continuação Profa. Kátia Messias Bichinho 2010/1 UNIVERSIDADE FEDERAL DA PARAÍBA Centro de Ciências Exatas e da Natureza Departamento de Química Química Analítica Clássica
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    18-Sep-2015
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QUÍMICA

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  • Equilbrio cido-base continuaoProfa. Ktia Messias Bichinho2010/1UNIVERSIDADE FEDERAL DA PARABACentro de Cincias Exatas e da Natureza Departamento de QumicaQumica Analtica Clssica

  • Qumica Analtica Clssica cidos e Bases FortesHCl(aq) H3O+ + Cl-Constante de dissociao cida pequenaConstante de dissociao da base fraca pequenaCompletamente dissociados em soluo aquosa, constantes de equilbrio so grandescidos e Bases FracasDissociao parcial em gua, constantes de dissociao so pequenasHA + H2O H3O+ + A-B + H2O BH+ + OH-

  • Qumica Analtica Clssica cido forte: quando aps a dissociao, [HA] muito pequeno Ka muito grande, pois a dissociao completa.HAH+A-Antes da dissociaoAps a dissociaocido fraco: quando aps a dissociao, [HA] considervel Ka pequena, pois a dissociao incompletaHAH+A-Antes da dissociaoAps dissociaoHA

  • Qumica Analtica Clssica Conceito da neutralidade de cargas: solues A soma de todas as espcies qumicas positivamente carregadas igual a soma das espcies qumica negativamente carregadas em soluo.

    Exemplo: uma soluo contendo 0.025 M of KH2P04 e 0.03 M de KOH.

    Balano de cargas ser: Balano de carga de um sistema em condio de equilbrio qumico

  • Qumica Analtica Clssica Conceito da neutralidade de cargas: solues Exemplo: uma soluo contendo 0.025M of KH2P04 e 0.03 M de KOH.

    Balano de carga de um sistema em condio de equilbrio qumico

  • Qumica Analtica Clssica Expresso geral para balano de cargas:

    Onde:n = carga do ction[C] = concentrao do ctionm = carga do nion[A] = concentrao do nionBalano de carga de um sistema em condio de equilbrio qumico

  • Qumica Analtica Clssica Balano de massa: conceito de conservao da matriaExemplo: soluo 0,05 M em cido actico

    cido actico um cido fraco, logo, a dissociao em seus ons no ser completa. Na condio de equilbrio qumico existir uma quantidade de cido actico molecular. Ento, no equilbrio: 0,05 M = [CH3COOH] + [CH3COO-] ou [CH3COOH] = 0,05 M [CH3COO- ] ou [CH3COOH] = 0,05 M [H3O+]

    Balano de massa de um sistema em condio de equilbrio qumico

  • Qumica Analtica Clssica CONSTANTES DE DISSOCIAO CIDO-BASEHA + H2O H3O+ + A-Equilbrio cido-base mais comum ocorre em gua.Considerando o equilbrio entre um cido HA e gua:HA H3O+ + A-Ka a constante de dissociao do cido

  • Qumica Analtica Clssica O mesmo raciocnio pode ser realizado para uma base BOH dissociada em gua:BOH B+ + OH-Kb a constante de dissociao da base

  • Qumica Analtica Clssica B) NH3 + H2O NH4+ + OH-A) HNO2 + H2O H3O+ + NO2-Ka a constante de acidezExemplosKb a constante de basicidade

  • Qumica Analtica Clssica Relao entre Constantes de Dissociao para Pares Conjugados cido/BaseNH3 + H2O NH4+ + OH-NH4+ + H2O NH3 + H3O+Ka x Kb=Ka x Kb.............................=.................................Kw

  • Qumica Analtica Clssica

  • Qumica Analtica Clssica Algumas constantes de dissociao cida a 25C

  • Qumica Analtica Clssica Exerccio 5 Qual o valor de Kb para o equilbrio:

    Ka NH4+ = 5,7 x 10-10NH3 + H2O NH4+ + OH- Ka x Kb= Kw Kb= Kw / Ka Kb= (1,00 x 10-14 / 5,7 x 10-10)Kb= 1,75x 10-5

  • Qumica Analtica Clssica Exerccio 6 Qual o valor de Kb para o equilbrio:

    CN- + H2O HCN + OH-Ka HCN = 6,2 x 10-10Ka x Kb= Kw Kb= Kw / Ka Kb= (1,00 x 10-14 / 6,2 x 10-10)Kb= 1,61 x 10-5

  • Qumica Analtica Clssica

    A maior parte dos cidos e bases tm comportamento de eletrlitos fracos. Os cidos e bases fortes constituem excees a uma regra geral.A seguir so apresentadas as frmulas estruturais de alguns cidos fracos:

    Reaes e clculos de pH em solues de cidos fracos

  • Qumica Analtica Clssica

    Considere a reao de dissociao em gua de um cido fraco genrico:

    Ou simplesmente:

    No equilbrio:

    HA + H2O H3O+(Aq.) + A-(Aq.) CIDO (1) BASE (2) CIDO (2) BASE (1)HA H3O+ (Aq.) + A-(Aq.)Reaes e clculos de pH em solues de cidos fracos

  • Qumica Analtica Clssica

    Para o clculo, considere que a concentrao analtica CA mol L-1

    No equilbrio, sabe-se que [H3O+] = [A-]

    Ka pode ser escrita como:

    Lembre que: [HA] = CA - [H+]

    Ka = [H3O+]2 [HA][H3O+] 2 = Ka [HA]Reaes e clculos de pH em solues de cidos fracos

  • Qumica Analtica Clssica Exerccio 7: Calcule a concentrao de on hidrnio presente em uma soluo de cido nitroso 0,120 mol L-1. O equilbrio principal

    Soluo a): HNO2 + H2O H3O+ + NO2-Ka = 7,1 x 10-4Reaes e clculos de pH em solues de cidos fracosKa = 7,1 x 10-4 = [H3O+] [NO2-] [HNO2][H3O+] = [NO2-] e [HNO2] = CA [ H3O+]. Ento: [HNO2] = 0,12 [ H3O+] [H3O+]2 + 7,1 x 10-4[H3O+] 8,52 x 10-5 = OResolvendo a equao do segundo grau para [H3O+] temos:[H3O+] = 8,9 x 10-3 mol L-1pH = -log [H3O+] = 2,05

  • Qumica Analtica Clssica Reaes e clculos de pH em solues de cidos fracosb) No exemplo anterior, se considerarmos que 0,12 [H3O+] 0,12. Ento a equao:

    Se torna:

    Rearranjando a equao anterior obtm-se: [H3O+]2 = 8,52 x 10-5A raiz quadrada: [H3O+] = [H3O+] = 9,23x 10-3 mol L-1 pH = -log [H3O+] = 2,03

    Ento, quando CA >>> Ka [H+] = 7,1 x 10-4 = [H3O+]2 0,12 [H3O+]7,1 x 10-4 = [H3O+]2 0,12

  • Qumica Analtica Clssica Qualquer clculo de pH ou de concentrao hidrogeninica de cidos monobsicos fracos segue o esquema proposto abaixo:NO CA _____ 104 ?? KA SIMClculo empregando a equao simplificadaClculo empregando a equao completa[H+]2 + Ka[H+] KaCA = O[H+] = Reaes e clculos de pH em solues de cidos fracos

  • Qumica Analtica Clssica

    Ento, quando CA ~ [HA][H3O+] =Reaes e clculos de pH em solues de cidos fracos

  • Qumica Analtica Clssica Reaes e clculos de pH em solues de bases fracasQualquer clculo de pH ou de concentrao de hidroxilas de bases monocidas fracas segue o esquema proposto abaixo:NO CB _____ 104 ?? Kb SIMClculo empregando a equao simplificadaClculo empregando a equao completa[OH-]2 + Kb[OH-] KbCB = O[OH-] =

  • Exerccio 8: Calcule a concentrao de ons hidrxidos presentes em uma soluo de NH3 0,0750 mol L-1. O equilbrio principal

    Sei que: [NH4+] = [OH-] e que [NH3] + [NH4+] = CNH3 = 0,075 mol L-1Substituindo [NH4+] por [OH-]: [NH3] = 0,075 - [OH-] Substituindo na equao da constante de dissociao:

    1,75 x 10-5 = [OH-]2 [OH-] = 1,15 x 10-3 mol L-1 0,075 - [OH-]

    Qumica Analtica Clssica NH3 + H2O NH4+ + OH-e Ka NH4+ = 5,70 x 10-10Kb = Kw/KaKb = 1,00 x 10 -14 5,70 x 10-10

    Kb = 1,75 x 10 -5

  • Qumica Analtica Clssica HIDRLISE DE SAISQuando sais so dissolvidos em gua, nem sempre a soluo resultante ser neutra.

    Classe do salExemplo1. Sais derivados de cidos fortes e bases fortesCloreto de sdio2. Sais derivados de cidos fracos e bases fortesAcetato de sdio3. Sais derivados de cidos fortes e bases fracasCloreto de amnio4. Sais derivados de cidos fracos e bases fracasAcetato de alumnio

  • Qumica Analtica Clssica HIDRLISE DE SAISClasse 1 Sais derivados de cidos fortes e bases fortesQuando dissolvidos em gua, apresentam reao neutra, pois ambos so cidos e bases conjugadas de cidos e bases fortes.

    Equilbrio da gua no perturbado2H2O H3O+ + OH-Soluo neutra

  • Qumica Analtica Clssica Hidrlise de saisClasse 2. Sais derivados de cidos fracos e bases fortesSoluo de acetato de sdio (NaOAc):NaOAc Na+ + OAc-OAc- + H2O HOAc + OH-Reao global: NaOAc + H2O HOAc + Na+ + OH-

    nion de cido fraco reage com a gua formando um cido fraco no dissociado. A soluo resultante bsica. Em geral sais de cidos fracos e bases fortes produzem solues bsicas, com o grau de basicidade de pendendo do Ka do cido fraco associado. Quanto menor Ka do cido fraco, maior o grau de basicidade da soluo aquosa.

  • Classe 3. Sais derivados de cidos fortes e bases fracasSoluo aquosa de cloreto de amnio (NH4Cl):NH4Cl NH4+ + Cl-NH4+ + 2H2O NH4OH + H3O+Reao global: NH4Cl + 2H2O NH4OH + Cl- + H3O+

    Ction de base fraca reage com a gua formando uma base fraca no dissociada. A soluo resultante cida. Em geral sais de bases fracas e cidos fortes produzem solues cidas. Quanto menor Kb , maior o grau de acidez da soluo aquosa.

    Qumica Analtica Clssica Hidrlise de sais

  • Qumica Analtica Clssica Hidrlise de saisClasse 4. Sais derivados de cidos fracos e bases fracasSoluo aquosa de acetato de amnio (NH4AOc):NH4OAc NH4+ + OAc-NH4+ + 2H2O NH4OH + H3O+OAc- + H2O HOAc + OH-

    Um sal deste tipo, produto da reao entre um cido fraco e uma base fraca, pode gerar tanto solues cidas quanto bsicas dependendo dos valores relativos de Ka e Kb.

    Se Ka > Kb, a soluo ser cidaSe Ka < Kb, a soluo ser bsicaSe Ka = Kb, a soluo ser neutra

  • Clculos de pH Hidrlise de nions Equilbrios:A- + H2O HA + OH-HA + H2O H3O+ + A-

    *Constante de hidrliseConstante de dissociao do cido

  • Clculos de pHExerccio 9Calcule o pH em uma soluo de NaCN 1,0 mol L-1.CN- + H2O HCN + OH-

    *

  • Clculos de pHHidrlise de Ctions Equilbrios:B+ + H2O BOH + H3O+BOH B+ + OH-

    *Constante de hidrliseConstante de dissociao da base

  • Clculos de pHExerccio 10Calcule o pH de uma soluo de NH4Cl 0,20 mol L-1.NH4+ + H2O NH3 + H3O+

    *

  • Solues TampoSo misturas de solues de eletrlitos que resistem variao de pH quando pequenas quantidades de cidos ou bases so adicionadas ao sistema. As solues tampo sofrem pequenas variaes por diluio.So constitudas por misturas de solues cidos fracos e bases fracas. Para fins prticos existem dois tipos de solues tampo:

    Mistura de cido fraco com sua base conjugadaMistura de uma base fraca com seu cido conjugado*

  • Qumica Analtica Clssica Solues tampoTampo mistura de um cido fraco e sua base conjugada, ou uma base fraca com seu cido conjugado.

    Solues tampo resistem a variaes de pH decorrentes da diluio ou da adio de cidos ou bases a um sistema reacional;

    As solues tampo so usadas para manter o pH de solues relativamente constantes, ou seja, com apenas pequenas variaes de pH.

  • Qumica Analtica Clssica Solues tampoA adio de cido ou base a uma soluo tampo interfere com os seguintes equilbrios, exemplificados para o caso de uma soluo tampo de um cido fraco HA e sua base conjugada, A-:

    1) HA + H2O H3O+ + A-

    2) A- + H2O HA + OH-

  • Solues TampoSoluo aquosa de cido actico e acetato de sdio:HOAc + H2O H3O+ + OAc-OAc- + H2O HOAc + OH- A adio de uma pequena quantidade de H3O+ leva reao:H3O+ + OAc- HOAc + OH-Ocorre pequena variao no pH, uma vez que a quantidade de H3O+ adicionado muito menor que a concentrao analtica de NaOAc.A adio de pequena quantidade de OH- leva reao:OH- + H3O+ 2 H2OOcorre pequena variao no pH, uma vez que a quantidade de OH- adicionado muito menor que a concentrao analtica de HOAc.*Qumica Analtica Clssica

  • Solues TampoSoluo de amnia e cloreto de amnio:1) NH3 + H2O NH4+ + OH-2) NH4+ + H2O NH3 + H3O+ A adio de uma pequena quantidade de H3O+ leva reao:H3O+ + OH- 2 H2OOcorre pequena variao de pH, uma vez que a quantidade de H3O+ adicionado muito menor que a concentrao analtica de NH3.A adio de uma pequena quantidade de OH- leva reao:OH- + NH4+ NH3 + H2O Ocorre pequena variao de pH, uma vez que a quantidade de OH- adicionado muito menor que a concentrao analtica de NH4Cl.*Qumica Analtica Clssica

  • Solues TampoA dissociao de um cido fraco HA ocorre da seguinte forma:HA + H2O H3O+ + A-Ento, *Equao de Henderson-HasselbalchQumica Analtica Clssica

  • Solues Tampo*Exerccio 11Considere a adio de 1,00 mL de uma soluo de NaOH 0,1000 mol.L-1 em um frasco contendo 100,0 mL de gua pura recm destilada e descarbonatada. Calcule o pH da soluo resultante.A concentrao de ons OH- pode ser calculada pela frmula simplificada:pOH = -log 9,9 x 10-4pOH = 3,00 e pH = 14,0 - 3,00 = 11,0 [OH-] = M1 x V1/V2= 0,00099 mol.L-1 Qumica Analtica Clssica Observe que ocorrer uma variao de pH de 7,00 (pH neutro da gua pura) para pH de 11,0.

  • Solues Tampo*Exerccio 11Considere a adio de 1,00 mL de uma soluo de NaOH 0,1000 mol.L-1 em um frasco contendo 100,0 mL de gua pura recm destilada e descarbonatada. Calcule o pH da soluo resultante.A concentrao de ons OH- pode ser calculada pelo raciocnio:0,0001 mol de OH- em 101 mLX mol OH- em 1000 mLX = 9,9 x 10-40,1 mol em 1000 mLX mol em 1 mlX = 0,0001 mol de OH-

    Qumica Analtica Clssica

  • Solues Tampo*Exerccio 11Considere agora a adio de 1,00 mL de soluo de NaOH 0,1000 mol L-1 em 100,0 mL de uma soluo simultaneamente 0,1000 mol.L-1 em cido actico e 0,1000 mol.L-1 em acetato de sdio. Sabendo que pKA do cido actico = 4,76, calcule o pH da soluo final.1) Calcular o pH da soluo tampo:pH = 4,76 + 0pH = 4,76Ento, o pH da soluo tampo antes da adio de 1,00 mL de NaOH 0,1000 mol L-1 4,76.

  • Solues Tampo*Exerccio 11Considere agora a adio de 1,00 mL de soluo de NaOH 0,1000 mol L-1 em 100,0 mL de uma soluo simultaneamente 0,1000 mol.L-1 em cido actico e 0,1000 mol.L-1 em acetato de sdio. Sabendo que pKA do cido actico = 4,76, calcule o pH da soluo final.1) Calcular a concentrao de OH-:[OH-] = M1 x V1/V2= 9,9 x 10 -4 mol.L-1

  • Solues Tampo* [HA] (CHA - 0,00099) (0,1000 - 0,00099) 0,09901 mol.L-1. [A-] (CNaA + 0,00099) (0,1000 + 0,00099) 0,10099 mol.L-1pH = 4,76 + log 1,0199 pH = 4,76 + log 0,10099 0,09901pH = 4,760 + 0,008 = 4,768Variao de pH = 0,008 unidades de pHPraticamente no h variao de pH pela adio da base em soluo tampo, mas em gua pura a variao foi de quatro unidades de pH. Qumica Analtica Clssica 2) Calcular o pH da soluo resultante aps a adio de NaOH:

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