Equilíbrio_Iônico_Ácido_Base.pdf
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QUÍMICA ANALÍTICA QUALITATIVA QUI 0603
“EQUILÍBRIO IÔNICO ÁCIDO-BASE”
Profa. Nedja Suely Fernandes
2012.1 Natal/RN
Profa. Nedja Fernandes IQ/UFRN 2
ÁCIDOS FORTES
• Os ácidos comuns mais fortes: HCl, HBr, HI, HNO3, HClO3,
HClO4, e H2SO4.
• Ácidos fortes são eletrólitos fortes.
• Todos os ácidos fortes ionizam completamente em solução:
HNO3(aq) + H2O(l) H3O+(aq) + NO3
-(aq)
• Uma vez que H+ e H3O+ são usados de maneira intercambiável,
escrevemos:
HNO3(aq) H+(aq) + NO3
-(aq)
Profa. Nedja Fernandes IQ/UFRN 3
ÁCIDOS FORTES
HCl
Profa. Nedja Fernandes IQ/UFRN 4
ÁCIDO FRACO
ENTRANHA CONDUTA DO HF – ÁCIDO FLUORÍDRICO
HF(aq) + H2O(l) H3O+(aq) + F-
(aq)
• O íon hidrônio permanece firmemente associado ao
F- por meio da ligação de hidrogênio. Essa associação
é denominada par iônico.
H3O+(aq) + F-
(aq) F- ... H3O+
PAR IÔNICO
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Profa. Nedja Fernandes IQ/UFRN 5
ÁCIDOS FORTES
HNO3
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ÁCIDOS FORTES
HClO4
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ÁCIDOS FORTES
H2SO4
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BASES FORTES
• As bases fortes comuns : LiOH, NaOH, KOH, RbOH, CsOH.
• R4NOH – Hidróxido Quaternário de amônio
(CH3CH2CH2CH2)4N+OH-
• Os hidróxidos de metais alcalinos terrosos (Mg2+, Ca2+, Sr2+ e Ba2+)
podem ser considerados bases fortes, embora sejam menos solúveis
que os hidróxidos de metais alcalinos e possuam certa tendência
para a formação de complexos do tipo MOH+.
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Profa. Nedja Fernandes IQ/UFRN 9
CÁLCULO DE pH DE ÁCIDOS FORTES
1) Determine o pH de uma solução de HNO3, cuja
concentração é 0,15 mol/L.
Resposta: pH = 0,82
Profa. Nedja Fernandes IQ/UFRN 10
CÁLCULO DE pH DE BASES FORTES
1) Uma amostra de 1,00 g de NaOH foi dissolvida em 1,00
x 102 mL de solução e então diluída para 5,00 x 102mL.
Qual é o pH da solução resultante?
Resposta: pH = 12,7
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ÁCIDOS FRACOS
• Os ácidos fracos são apenas parcialmente ionizados em solução
• Existe uma mistura de íons e ácido não-ionizado em solução
• Conseqüentemente, os ácidos fracos estão em equilíbrio:
HA(aq) + H2O(l) H3O+(aq) + A-(aq)
]HA[
]A][OH[ -3
aK
HA(aq) H+(aq) + A-(aq)]HA[
]A][H[ -
aK
Simplificado
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ÁCIDOS FRACOS
• Ka é a constante de ionização do ácido.
• A [H2O] é omitida na expresão de Ka (a H2O é um líquido puro.)
• Quanto maior o Ka, mais forte é o ácido (neste caso, mais íons
estão presentes no equilíbrio em relação às moléculas não-
ionizadas).
• Se Ka >> 1, o ácido está completamente ionizado e é considerado
um ácido forte.
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Profa. Nedja Fernandes IQ/UFRN 13
ÁCIDOS FRACOS
100 ]HA[
]OH[
INICIAL
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Grau de ionização ()
[HA]INICIAL = Concentração molar inicial do ácido, assumindo que
nenhuma ionização aconteceu.
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ÁCIDOS FRACOS
Ácido fluorídrico
Ácido nitroso
Ácido benzóico
Ácido acético
Ácido hipocloroso
Ácido cianídrico
Fenol
Profa. Nedja Fernandes IQ/UFRN 15
EXERCÍCIOS
1) Um estudante preparou uma solução de 0,10 mol/L de
ácido fórmico (HCO2H) e mediu seu pH usando um
pHmetro e constatou que o pH a 25 oC é = 2,38.
a) Calcule Ka para o ácido fórmico nessa temperatura;
b) Qual o grau de ionização () do ácido nessa solução?
Respostas: Ka = 1,74 x 10-4 e = 4,2%
Profa. Nedja Fernandes IQ/UFRN 16
EXERCÍCIOS
2) Qual a concentração molar inicial e o grau de ionização
() de uma solução de ácido acético (CH3COOH), cujo
pH = 2,5. Dado Ka = 1,8 x 10-5 a 25 o C.
Respostas: [CH3COOH] = 0,5579 mol/L e = 0,57%
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Profa. Nedja Fernandes IQ/UFRN 17
EXERCÍCIOS
3) O ácido propanóico, CH3CH2CO2H, ioniza em água
de acordo com a equação:
CH3CH2CO2H (aq) + H2O(l) CH3CH2CO2-(aq) + H3O
+(aq)
Se você dissolve 0,588 g do ácido em água para
obter 250 mL de solução, qual é a concentração do
íon hidrônio no equilíbrio. Qual é o pH da solução?
Calcule o grau de ionização do ácido propanóico.
Ka = 1,4 x 10-5
Resposta: pH = 3,2
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ÁCIDOS POLIPRÓTICOS
• Os ácidos polipróticos têm mais de um próton ionizável
• Os prótons são removidos em etapas, não todos de uma só vez
• Conseqüentemente, Ka1 > Ka2 > Ka3 etc.
H2SO3(aq) H+(aq) + HSO3-(aq)
HSO3-(aq) H+(aq) + SO3
2-(aq)
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ÁCIDOS POLIPRÓTICOS
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ÁCIDO POLIPRÓTICO FORTE (H2SO4)
H2SO4(aq) + H2O(l) H3O+(aq) + HSO4
-(aq)
1a IONIZAÇÃO (Completa)
2a IONIZAÇÃO
HSO4-(aq) + H2O(l) H3O+
(aq) + SO42-
(aq)
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Profa. Nedja Fernandes IQ/UFRN 21
EXEMPLO
1) Calcule o pH de uma solução aquosa de H2SO4 0,010
mol/L a 25 oC.
Resposta: pH = 1,84
• O ácido sulfúrico é o único ácido poliprótico comum para o qual
a 1a ionização é completa;
• A segunda ionização aumenta ligeiramente a [H3O+], assim o pH
será ligeiramente menor que o devido à primeira ionização
sozinha.
OBSERVAÇÃO
Profa. Nedja Fernandes IQ/UFRN 22
ÁCIDO POLIPRÓTICO FRACO (H2S)
H2S(aq) + H2O(l) H3O+(aq) + HS-
(aq)
1a IONIZAÇÃO Ka1 = 1,3 x 10-7
2a IONIZAÇÃO Ka2 = 7,1 x 10-15
HS-(aq) + H2O(l) H3O+
(aq) + S2-(aq)
Profa. Nedja Fernandes IQ/UFRN 23
EXEMPLO
1) Calcule o pH de uma solução aquosa de H2S 0,020 mol/L
a 25 oC.
• Para efeito de cálculo do pH de ácido poliprótico fraco, será
necessário considerar apenas a primeira ionização, uma vez que
a segunda ionização não afeta significativamente o pH e
portanto pode ser ignorada.
OBSERVAÇÃO
Resposta: pH = 4,3
Profa. Nedja Fernandes IQ/UFRN 24
EXERCÍCIO
1) No estômago, o suco gástrico tem um pH = 1,0 devido
ao ácido forte HCl. Que fração de vitamina C (ácido
ascórbico – H2C6H606) em um tablete de 500 mg se
dissocia, se o volume do suco gástrico no estômago é
200 mL? Ka1 = 8,0 x 10-5 e Ka2 = 1,6 x 10-12 a 25 oC.
Resposta: = 0,077%
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Profa. Nedja Fernandes IQ/UFRN 25
EXERCÍCIO
2) Calcule as concentrações de H2CO3, HCO3-, CO3
2-, H3O+
e OH- presentes no H2CO3(aq) 0,0456 mol/L.
Dado: Ka1 = 4,3 x 10-7 e Ka2 = 5,6 x 10-11 a 25 oC.
Respostas: [H2CO3] = 0,0455 mol/L; [HCO3-] = [H3O+] = 1,400 x 10-4
mol/L
[H3O+] = [CO32-] = 5,6 x 10-11 mol/L [OH-] = 7,14 x 10-11 mol/L
[H3O+] total = 1,40000056 x 10-4 mol/L
Profa. Nedja Fernandes IQ/UFRN 26
SOLUÇÕES DE BASES FRACAS
• As bases fracas são apenas parcialmente protonadas em solução;
• Existe uma mistura de íons e base não-protonada em solução;
• Conseqüentemente, as bases fracas estão em equilíbrio:
]B[
]OH][HB[ -
bK
Kb = Constante de basicidade ou de ionização da base
B(aq) + H2O(l) HB+(aq) + OH-
(aq)
Profa. Nedja Fernandes IQ/UFRN 27
SOLUÇÕES DE BASES FRACAS
100 ]B[
]HB[
INICIAL
Grau de protonação ()
[B]INICIAL = Concentração molar inicial da base, assumindo que
nenhuma protonação ocorreu.
Profa. Nedja Fernandes IQ/UFRN 28
EXEMPLOS
1) Calcule o pH e a porcentagem de protonação () de uma
solução aquosa 0,20 mol/L de metilamina (CH3NH2) e
Kb = 3,6 x 10-4 a 25 oC.
Respostas: pH = 11,9 e = 4,2%
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Profa. Nedja Fernandes IQ/UFRN 29
CONSTANTE DE DISSOCIAÇÃO PARA PARES ÁCIDO-BASE CONJUGADOS
Profa. Nedja Fernandes IQ/UFRN 30
RELAÇÃO ENTRE Ka E Kb
• Quanto maior o Ka, menor o Kb.
• Quanto mais forte o ácido, mais fraca a base conjugada.
• Para um par ácido-base conjugado baw KKK
baw pKpKpK
Aplicando o logaritmo
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Profa. Nedja Fernandes IQ/UFRN 31
RELAÇÃO ENTRE Ka E Kb
Profa. Nedja Fernandes IQ/UFRN 32
MECANISMO DE IONIZAÇÃO DOS ÁCIDOS
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Profa. Nedja Fernandes IQ/UFRN 33
MECANISMO DE IONIZAÇÃO DOS ÁCIDOS
Profa. Nedja Fernandes IQ/UFRN 34
MECANISMO DE IONIZAÇÃO DOS ÁCIDOS