1- Reação de auto-ionização da água
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- Vítor Galvão Azevedo
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1 Equilíbrio Iônico
2 1- Reação de auto-ionização da água A auto- ionização da água pura produz concentração muito baixa de íons H 3 O + ou H + e OH -. H 2 O H + (aq) + OH - (aq) (I) ou H 2 O + H 2 O H 3 O + (aq) + OH - (aq) (II) Ou seja apresenta um baixíssimo grau de ionização.
3 1- Reação de auto-ionização da água Logo, para o equilíbrio (II), tem-se: = [H 3O + [OH - [H 2 O 2 [H 2 O 2 = [H 3 O+ [OH- w = [H 3 O + [OH - [H 2 O = 55,5 mol/l constante (25 ºC) constante de ionização da água
4 1- Reação de auto-ionização da água Medida de condutividade elétrica: [H 3 O + = [OH - = 1,0 x 10-7 mol/l 25 ºC w = [H 3 O + [OH - = (1,0 x 10-7 ) (1,0 x 10-7 ) = 1,0 x w = 1,0 x ºC constante de ionização da água
5 2- Equilíbrio Ácido-Base nas soluções Para soluções aquosas, 25 ºC: Solução neutra: [H 3 O + = [OH - [H 3 O + = [OH - = 1,0 x 10-7 mol/l Solução ácida: [H 3 O + > [OH - [H 3 O + > 1,0 x 10-7 mol/l e [OH - < 1,0 x 10-7 mol/l Solução básica: [H 3 O + < [OH - [H 3 O + < 1,0 x 10-7 mol/l e [OH - > 1,0 x 10-7 mol/l
6 3- ph Escala de ph NaOH, 0,1mol/L básico amônia mais ácido mais leite de magnésia bórax água do mar sangue, lágrimas leite saliva chuva café preto tomate vinho vinagre suco de limão suco gástrico
7 3-Cálculo de ph Logaritmo (na base 10) do inverso da concentração de íon hidrônio, ou logaritmo da concentração de H 3 O + tomado com o sinal negativo. ph = -log [H + poh = -log [OH - ph + poh = 14 a 25 C
8 Exercício 1 Calcule as concentrações de íons hidrônio e hidróxido e o ph e poh de uma solução aquosa de NaOH 0,200 mol L-1, a 25 C. Exercício 2 Calcule o ph de uma solução em que [H 3 O + é 4,0 x 10-5 mol L -1. ph = -log [H + ph = - log [4,0 x 10-5 ph = 4,4 Exercício 3 Calcule a [H 3 O + que corresponde ao ph = 5,6. ph = -log [H + 5,6 = -log [H + -5,6 = log [H ,6 = [H +
9 CONSTANTES DE DISSOCIAÇÃO ÁCIDO-BASE Equilíbrio ácido-base mais comum ocorre em água. Considerando o equilíbrio entre um ácido HA e água: HA + H 2 O H 3 O + + A - HA H 3 O + + A- a H HA A a é a constante de dissociação do ácido
10 O mesmo raciocínio pode ser realizado para uma base BOH dissociada em água: BOH B + + OH - B OH b BOH b é a constante de dissociação da base
11 Exemplos A) HNO 2 + H 2 O H 3 O + + NO 2 - a H O 3 2 HNO NO 2 a é a constante de acidez B) NH 3 + H 2 O NH OH - b NH 4 NH OH 3 b é a constante de basicidade
12 Algumas constantes de dissociação ácida a 25ºC
13 Reações e cálculos de ph em soluções de ácidos fracos A maior parte dos ácidos e bases têm comportamento de eletrólitos fracos. Os ácidos e bases fortes constituem exceções a uma regra geral. A seguir são apresentadas as fórmulas estruturais de alguns ácidos fracos: 2. Ácido hipocloroso HO C N 1.Ácido cianídrico O HO Cl H C OH 3.Ácido fórmico O C OH 5. Ácido benzóico O CH 3 C OH 4.Ácido acético
14 Reações e cálculos de ph em soluções de ácidos fracos Para o cálculo, considere que a concentração analítica é C A mol L -1 No equilíbrio, sabe-se que [H 3 O + = [A - a pode ser escrita como: a = [H 3 O + 2 [HA [H 3 O + 2 = a [HA Lembre que: [HA = C A - [H +
15 Lei da diluição de Ostwald É a relação matemática entre a constante de ionização e o grau de ionização de um eletrólito (ácido ou base). A Lei da diluição de Ostwald é expressa por: Sendo: a = constante de ionização dos ácidos M = concentração molar em mol/l α = grau de ionização Se α 5%, admite-se a seguinte sentença pois o resultado de 1 - α 1
16 HIDRÓLISE DE SAIS Quando sais são dissolvidos em água, nem sempre a solução resultante será neutra. Classe do sal Exemplo 1. Sais derivados de ácidos fortes e bases fortes Cloreto de sódio 2. Sais derivados de ácidos fracos e bases fortes Acetato de sódio 3. Sais derivados de ácidos fortes e bases fracas Cloreto de amônio 4. Sais derivados de ácidos fracos e bases fracas Acetato de alumínio
17 HIDRÓLISE DE SAIS Sais derivados de ácidos fortes e bases fortes Quando dissolvidos em água, apresentam reação neutra, pois ambos são ácidos e bases conjugadas de ácidos e bases fortes. Equilíbrio da água não é perturbado 2H 2 O H 3 O + + OH - H O 3 OH Solução neutra
18 Hidrólise de sais Sais derivados de ácidos fracos e bases fortes Solução de acetato de sódio (NaOAc): NaOAc Na + + OAc - OAc - + H 2 O HOAc + OH - Reação global: NaOAc + H 2 O HOAc + Na + + OH - Ânion de ácido fraco reage com a água formando um ácido fraco não dissociado. A solução resultante é básica. Em geral sais de ácidos fracos e bases fortes produzem soluções básicas, com o grau de basicidade de pendendo do a do ácido fraco associado. Quanto menor a do ácido fraco, maior o grau de basicidade da solução aquosa.
19 Hidrólise de sais Sais derivados de ácidos fortes e bases fracas Solução aquosa de cloreto de amônio (NH 4 Cl): NH 4 Cl NH Cl - NH H 2 O NH 4 OH + H 3 O + Reação global: NH 4 Cl + 2H 2 O NH 4 OH + Cl - + H 3 O + Cátion de base fraca reage com a água formando uma base fraca não dissociada. A solução resultante é ácida. Em geral sais de bases fracas e ácidos fortes produzem soluções ácidas. Quanto menor b, maior o grau de acidez da solução aquosa.
20 Hidrólise de sais Sais derivados de ácidos fracos e bases fracas Solução aquosa de acetato de amônio (NH 4 AOc): NH 4 OAc NH OAc - NH H 2 O NH 4 OH + H 3 O + OAc - + H 2 O HOAc + OH - Um sal deste tipo, produto da reação entre um ácido fraco e uma base fraca, pode gerar tanto soluções ácidas quanto básicas dependendo dos valores relativos de a e b. Se a > b, a solução será ácida Se a < b, a solução será básica Se a = b, a solução será neutra
21 Hidrólise de Ânions Equilíbrios: Constante de hidrólise Constante de dissociação do ácido Cálculos de ph A - + H 2 O HA + OH - HA + H 2 O H 3 O + + A - h a [ HA[ OH [ A [ H 3 O [ A [ HA w a h 21
22 Exercício Cálculos de ph Calcule o ph em uma solução de NaCN 1,0 mol L -1. CN - + H 2 O HCN + OH - h [ HCN [ OH [ CN h w a h 1,00 4, , h 2 [ OH C [ OH CN 2, [ OH 1,0 [ OH 2 [ OH 2 2, [ OH 2, [ OH 5,0 10 mol L poh ph 2,30 11,70 22
23 Cálculos de ph Hidrólise de Cátions Equilíbrios: B + + H 2 O BOH + H 3 O + BOH B + + OH - Constante de hidrólise h b [ BOH [ H [ B [ B [ OH [ BOH Constante de dissociação da base w b h 23
24 Exercício Cálculos de ph Calcule o ph de uma solução de NH 4 Cl 0,20 mol L -1. NH H 2 O NH 3 + H 3 O + h [ NH 3 [ H O [ NH 4 3 h w b h 1,00 1, , h C 2 [ H3O [ H O NH 4 3 5, [ H3O 0,20 [ H O [ H 3O 5,6 10 [ H3O 1, H O 1,1 mol ph 4, 96 [ 3 10 L
25 Soluções Tampão São misturas de soluções de eletrólitos que resistem à variação de ph quando pequenas quantidades de ácidos ou bases são adicionadas ao sistema. As soluções tampão sofrem pequenas variações por diluição. São constituídas por misturas de soluções ácidos fracos e bases fracas. Para fins práticos existem dois tipos de soluções tampão: Mistura de ácido fraco com sua base conjugada Mistura de uma base fraca com seu ácido conjugado 25
26 Soluções tampão Tampão mistura de um ácido fraco e sua base conjugada, ou uma base fraca com seu ácido conjugado. Soluções tampão resistem a variações de ph decorrentes da diluição ou da adição de ácidos ou bases a um sistema reacional; As soluções tampão são usadas para manter o ph de soluções relativamente constantes, ou seja, com apenas pequenas variações de ph.
27 Soluções tampão A adição de ácido ou base a uma solução tampão interfere com os seguintes equilíbrios, exemplificados para o caso de uma solução tampão de um ácido fraco HA e sua base conjugada, A - : 1) HA + H 2 O H 3 O + + A - 2) A - + H 2 O HA + OH -
28 Soluções Tampão Solução aquosa de ácido acético e acetato de sódio: 1) HOAc + H 2 O H 3 O + + OAc - 2) OAc - + H 2 O HOAc + OH - A adição de uma pequena quantidade de H 3 O + leva à reação: H 3 O + + OAc - HOAc + OH - Ocorre pequena variação no ph, uma vez que a quantidade de H 3 O + adicionado é muito menor que a concentração analítica de NaOAc. A adição de pequena quantidade de OH- leva à reação: OH - + H 3 O + 2 H 2 O Ocorre pequena variação no ph, uma vez que a quantidade de OH - adicionado é muito menor que a concentração analítica de HOAc. 28
29 Soluções Tampão Solução de amônia e cloreto de amônio: 1) NH 3 + H 2 O NH OH - 2) NH H 2 O NH 3 + H 3 O + A adição de uma pequena quantidade de H 3 O + leva à reação: H 3 O + + OH - 2 H 2 O Ocorre pequena variação de ph, uma vez que a quantidade de H 3 O + adicionado é muito menor que a concentração analítica de NH 3. A adição de uma pequena quantidade de OH- leva à reação: OH - + NH 4 + NH 3 + H 2 O Ocorre pequena variação de ph, uma vez que a quantidade de OH - adicionado é muito menor que a concentração analítica 29 de NH4Cl.
30 Soluções Tampão A dissociação de um ácido fraco HA ocorre da seguinte forma: Então, HA + H 2 O H 3 O + + A - [ H 3 O log [ H3O ph p a a[ HA [ A log a[ HA [ A [ A log [ HA Equação de Henderson-Hasselbalch 30
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