EQUILÍBRIOS IÔNICOS ÁCIDO-BASE SAIS POUCO SOLÚVEIS ÍONS COMPLEXOS

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1 EQUILÍBRIOS IÔNICOS ÁCIDO-BASE SAIS POUCO SOLÚVEIS ÍONS COMPLEXOS

2 Eletrólitos Fortes Fracos Ionizam/Dissociam completamente Ionizam/Dissociam parcialmente Ex: HCl, NaNO 3 Ex: HF, BaSO 4

3 EQUILÍBRIOS ÁCIDO-BASE

4 Ácidos-Bases: Arrhenius H 2 O HCl(g) H + (aq) + Cl - (aq) H 2 O NaOH(s) Na + (aq) + OH - (aq)

5 H 2 O HCl(g) H + (aq) + Cl - (aq) H-Cl Ligação Covalente H Cl Ruptura heterolítica ligação Solvatação Ionização

6 H 2 O HCl(g) H + (aq) + Cl - (aq) H 3 O + (aq) (íon hidrônio) H + + H 2 O H 3 O +

7 H 2 O NaOH(s) Na + (aq) + OH - (aq) {Na + OH - }(s) Ligação Iônica Ruptura retículo cristalino Solvatação Na + (aq) + OH - (aq) Dissociação

8 Amônia e o conceito de Arrhenius H 2 O NH 3 (g) NH 4+ (aq) + OH - (aq) De onde vem o OH -??? Conceito de Bronsted-Lowry

9 Conceito de Bronsted-Lowry NH 3 + H 2 O NH 4+ + OH - Base Ácido HCl + H 2 O H 3 O + + Cl - Ácido Base

10 Conceito de Bronsted-Lowry Ácido: Doador de Próton Base: Aceptor de Próton

11 Conceito de Bronsted-Lowry Ácidos-Bases Fracos (eletrólitos fracos) NH 3 + H 2 O NH 4+ + OH - Base Ácido Reação inversa NH 4+ + OH - NH 3 + H 2 O Ácido Base

12 Conceito de Bronsted-Lowry Ácidos-Bases Conjugados: NH 3 + H 2 O NH 4+ + OH - Base1 Ácido2 Ácido1 Base2 Par conjugado 1 NH 3 NH 4 + Par conjugado 2 H 2 O OH -

13 Conceito de Bronsted-Lowry Ácidos-Bases Conjugados: HF + H 2 O H 3 O + + F - Ácido1 Base2 Ácido2 Base1 Par conjugado 1 HF F - Par conjugado 2 H 2 O - H 3 O +

14 NH 3 + H 2 O NH 4+ + OH - HCl + H 2 O H 3 O + + Cl - Base Ácido Ácido Base H 2 O Propriedades Anfotéricas

15 AUTO-IONIZAÇÃO DA ÁGUA H 2 O (l) + H 2 O (l) H 3 O + (aq) + OH - (aq) K = [ H O [ H 3 + ][ OH 2 O] 2 ] H 2 O = Líquido puro (a=1) /concentração constante K W + = H O ][ OH [ 3 ] forma simplificada K W + = [ H ][ OH ]

16 [H 3 O + ] = [OH - ]= 1,0x10-7 mol.l -1 25ºC K W = [H 3 O + ][OH - ]= 1,0x10-14 mol.l -1 T ( C) K W 0 1.1x x x * 2.4x x x10-14

17 Dissolução de Ácidos ou Bases Fortes e K W Solução aquosa 0,05 M HNO 3 [H 3 O + ]=? [OH - ]=? 2 H 2 O H 3 O + + OH - HNO 3 + H 2 O H 3 O + + NO 3-1x10-7 M [H 3 O + ]= 1x ,05 0,05 0,05 M K W = [H 3 O + ][OH - ]= 1,0x10-14 mol.l -1 K W = [0,05][OH - ]= 1,0x10-14 mol.l -1 [OH - ]= 2,0x10-13 mol.l -1

18 Classificação soluções ácido-base: Solução Condição 25 ºC ácida [H 3 O + ] > [OH - ] [H 3 O + ] > 1x10-7 [OH - ]< 1x10-7 neutra [H 3 O + ] = [OH - ] [H 3 O + ] = 1x10-7 [OH - ]= 1x10-7 básica [H 3 O + ] < [OH - ] [H 3 O + ] < 1x10-7 [OH - ]> 1x10-7

19 Escala de ph e poh ph= -log[h 3 O + ] [H 3 O + ]= 10 -ph poh= -log[oh - ] [OH - ]= 10 -poh H 2 O(l) ph= 7,0 poh= 7,0

20 K W = [H 3 O + ][OH - ]= 1,0x logk W = -log([h 3 O + ][OH - ]) -logk W = -log([h 3 O + ] + (-log[oh - ]) pk W = ph + poh= 14,00

21 Solução 0,015 M Ca(OH) 2 [H 3 O + ]=? [OH - ]=? ph=? poh=? Ca(OH) 2 Ca OH - [OH - ]= 2x0,015= 0,030 poh= -log[0,030]= -(-1,52)= 1,52 ph + poh= 14,00 ph + 1,52= 14,00 ph= 12,48 [H 3 O + ][OH - ]= 1,0x10-14 [H 3 O + ][0,03]= 1,0x10-14 [H 3 O + ]= 3,33x10-13 M

22 [HCl] aq = 1,0x10-8 M [H 3 O + ]= 1,0x10-8 M ph= 8,0???????? Achtung!!! Attenzione!!! Caution!!! [] ácidos e bases fortes muito diluídos recaem ordem de grandeza [] iônica da autoionização da água

23 2H 2 O H 3 O + + OH - x x HCl + H 2 O H 3 O + + Cl - 1,0x10-8 1,0x10-8 [H 3 O + ][OH - ]= 1,0x10-14 (x+1x10-8 )x= 1,0x10-14 x 2 + 1x10-8 x= 1,0x10-14 x 2 + 1x10-8 x - 1,0x10-14 = 0 x= 9,5x10-8 [H 3 O + ]= 9,5x ,0x10-8 = 1,05x10-7 M ph= 6,98 7,00 6,98= 0,02 (unidades de ph)

24 Ácidos e Bases Fracas

25 Ácidos Quais são fortes? HCl, HBr, HI, HNO 3 HClO 4 e H 2 SO 4 (apenas 1ª ionização) Bases Quais são fortes? Hidróxidos 1A: LiOH, NaOH, KOH, RbOH, CsOH Hidróxidos 2A: Sr(OH) 2 e Ba(OH) 2

26 Ácidos Fracos: Praticamente todos os demais inorgânicos e os carboxílicos. O H 3 C CH C OH OH HO C O O C CH 3 O Ac. Lático Ac. Acetilsalicílico Exceções, pex: F F C F C O OH Moderado Trifluor acético

27 Ionização Ácido Carboxílico H 3 C C O O H H 3 C O C + H + O - Ânion Carboxilato

28 Compostos Orgânicos Apenas ácidos carboxílicos são ácidos? R-OH R-O - + H + Ou R-OH + H 2 O R-O - + H 3 O + R-OH + OH - R-O - + H 2 O Alcóxido

29 Bases Fracas: Praticamente todos os demais hidróxidos metálicos e as aminas. NH 2 H N H H N CH 3 H H amônia metil-amina anilina

30 Ácido Fraco [H 3 O + ] ( ) ph 2-7 Base Fraca [OH - ] ( ) ph 12-7

31 K a e K b HA(aq) + H 2 O(l) H 3 O + (aq) + A - (aq) K a [ 3 ] = pk a = -logk a + H O ][ A [ HA] CH 3 COOH(aq) + H 2 O(l) H 3 O + (aq) + CH 3 COO - (aq) K + [ H O ][ CH 3COO ] 5 3 = = 1,8 x10 [ CH COOH ] 3 K + [ H O ][ Ac ] 5 3 = = 1,8 x10 [ HAc]

32 B(aq) + H 2 O(l) BH + (aq) + OH - (aq) K b [ BH ][ OH [ B] ] + = pk b = -logk b NH 3 (aq) + H 2 O(l) NH 4+ (aq) + OH - (aq) K + [ NH ][ OH ] 5 4 = = 1,8 x10 [ NH ] 3

33 Acidez Aumenta Propanóico Acético Fórmico H H C H H C H C O OH H H C H C O OH H C O OH K a 1,3x10-5 1,8x10-5 1,8x10-4 pk a 4,89 4,74 3,74 pk a Diminui

34 Ácidos Polipróticos H 3 PO 4 + H 2 O H 3 O + + H 2 PO 4 - K a1 = 7,5x10-3 H 2 PO H 2 O H 3 O + + HPO 4 2- K a2 = 6,2x10-8 HPO H 2 O H 3 O + + PO 4 3- K a3 = 3,6x10-13

35 Bases Polipróticas CO H 2 O HCO OH - K b1 = 2,1x10-4 HCO H 2 O H 2 CO 3 + OH - K b2 = 2,4x10-8

36 ph de Soluções Salinas/Hidrólise/Solvólise HX + H 2 O H 3 O + + X - Ácido forte K A >>1 K B <<1 X - : Base + Fraca (H 2 O) HCl + H 2 O H 3 O + + Cl - Base muito fraca

37 NaCl(aq) Cl - (aq) + H 2 O X Não Ocorre K W = [H + ][OH - ]= [1x10-7 ][1x10-7 ] ph= poh= 7

38 HA + H 2 O H 3 O + + A - Ácido fraco K A <<1 K B >>1 A - : Base + forte (H 2 O) HAc + H 2 O H 3 O + + Ac - Ac - : Base + forte

39 NaAc(aq) Ac - (aq) + H 2 O??? Ac - + H 2 O HAc + OH - Ácido fraco K W = [H + ][OH - ]= [<1x10-7 ][>1x10-7 ] ph>7 poh<7

40 ph de Soluções Salinas/Hidrólise/Solvólise A - + H 2 O HA + OH - Ânion de ácido fraco Ácido fraco

41 ph de Soluções Salinas/Hidrólise/Solvólise NH 3 + H 2 O NH 4+ + OH - Base fraca K B <<1 K A >>1 NH 4+ : Ácido + forte (H 2 O)

42 NH 4 Cl(aq) NH 4+ (aq) + Cl - (aq) NH 4+ + H 2 O H 3 O + + NH 3 Base fraca K W = [H + ][OH - ]= [>1x10-7 ][<1x10-7 ] ph<7 poh>7

43 ph de Soluções Salinas/Hidrólise/Solvólise E o que ocorre com NH 4 Ac??????? NH 4+ + H 2 O H 3 O + + NH 3 Ac - + H 2 O HAc + OH - ph depende dos valores de K A e K B

44 ph de Soluções Salinas/Hidrólise/Solvólise Hidrólise Íons Metálicos Geralmente íons metais de transição Veremos isso em íons complexos!!!!!!!!

45 Relacionando K A com K B da base conjugada HCN + H 2 O H 3 O + + CN - K A = [ 3 + H O ][ CN [ HCN] ] Base conjugada CN - + H 2 O HCN + OH - K CN B = [ OH ][ HCN] [ CN ] K A xk CN B = [ 3 + H O ][ CN HCN ] [ OH ][ HCN] x [ CN ] + K xk = H O ][ OH ] = A CN B [ 3 K W

46 Reações Ácido Base 1) Ácido Forte + Base Forte H 3 O + + OH - + Na + + Cl - 2 H 2 O + Na + + Cl - Deslocamento H 3 O + + OH - 2 H 2 O K= K W -1 = 1,0x10 14 Deslocamento H 3 O + + OH - 2 H 2 O ph = poh = 7 Solução Neutra

47 2) Ácido Fraco + Base Forte HCO 2 H + OH - H 2 O + HCO 2 - OH - base muito + forte que HCO 2 - Deslocamento Quantidades estequiométricas: Resta: HCO 2 - ph básico: depende K B HCO 2 - HCO H 2 O HCO 2 H + OH -

48 3) Ácido Forte + Base Fraca H 3 O + + NH 3 H 2 O + NH 4 + H 3 O + ácido muito + forte que NH 4 + Deslocamento Quantidades estequiométricas: Resta: NH 4 + ph ácido: depende K A NH 4 + NH 4+ + H 2 O NH 3 + H 3 O +

49 4) Ácido Fraco + Base Fraca HAc + NH 3 NH 4+ + Ac - HAc ácido muito + forte NH 4 + NH 3 base muito + forte Ac - Deslocamento Quantidades estequiométricas: Resta: NH 4+ e Ac - K A NH 4 + ph depende: NH 4+ + H 2 O NH 3 + H 3 O + K B Ac - Ac - + H 2 O HAc + OH -

50 Efeito do Íon Comum Sistemas Tampão

51 Cálculo [ ] EQ Ácido Fraco: HAc 0,100 M (K A = 1,8x10-5 ) HAc + H 2 O H 3 O + + Ac - In 0, x +x +x Eq: 0,100-x +x +x K A + 2 [ H O ][ Ac ] ( x)( x) x 5 3 = = = = 1,8 x10 [ HAc] (0,100 x) 0,100 x

52 Supondo x<<<0,10 0,10-x= 0,10 2 x 0,100 = 1,8 x10 5 x 2 = 1,8 x10 6 = x = 1,8 x10 5 = 1,3 x10 3 M Para: 0,100-0,0013= 0,0987 0,099 0,100 E se a concentração inicial de HAc fosse 0,00250 M?????

53 Efeito do Íon Comum Princípio de Le Chatelier aplicado soluções iônicas +Ac - HAc + H 2 O H 3 O + + Ac -

54 Solução 0,10M HAc + 0,10M NaAc HAc + H 2 O H 3 O + + Ac - In 0, x +x +x Eq: 0,10-x +x 0,10+x K A + [ H O ][ Ac ] ( x)(0,10 + x) 5 3 = = = x = 1,8 x10 [ HAc] (0,100 x) [H 3 O + ]= 1,8x10-5 M [Ac - ]= 0,10 M

55 Tampão 1) Componente que neutralize ácidos 2) Componente que neutralize bases Os componentes entre si não podem se neutralizar

56 Tampão Um ácido fraco e sua base conjugada Uma base fraca e seu ácido conjugado HAc H + Ac- HAc OH - Ac- Ac- HAc

57 ph de soluções tampão HA + H 2 O H 3 O + + A - K a = [ 3 + H O ][ A [ HA] ] K A = [ H log K A 3 O + [ A ] ] x [ HA] = log[ H 3 O + [ A ] ] log [ HA] pk A ph pk A = ph [ A ] log [ HA] ph = pk A + [ A ] log [ HA] Equação de Henderson-Hasselbach

58 ph = pk A [BaseConjugada] + log [Ácido] pk HAc A Sistema HAc/Ac - [Ac - ] do sal [HAc] pk A NH 4 + Sistema NH 3 /NH 4 + [NH 3 ] da base conjugada [NH 4+ ] do sal

59 Condições para o efeito tampão [base conjugada]/[ácido] 0,1 10 [HA] e [A - ] > 100xK A c-x c

60 Indicadores Ácido-Base e Curvas de Titulação Indicador Vermelho de Metila

61 Azul de Bromotimol

62 Fenolftaleína

63 HIn + H 2 O H 3 O + + In - Cor 1 Cor 2 [ In ] [ HIn] = K A [ H O 3 + ] [In - ]/[HIn] 10 Cor 2 [In - ]/[HIn] 10 Cor 1

64 Titulação Ácido Forte (HCl) com Base Forte (NaOH)

65 Titulação 100,0 ml HCl 0,100M vs NaOH 0,100M

66

67 Titulação Ácido Fraco (HAc) com Base Forte (NaOH)

68 Titulação 100,0 ml HAc 0,100M vs NaOH 0,100M

69

70 Titulação Base Fraca (NH 3 ) com Ácido Forte (HCl)

71 Titulação 100,0 ml NH 3 0,100M vs HCl 0,100M

72 Comparação Curvas de Titulação Ácido Fraco e Base Fraca

73 Titulação Ácido Fraco (HAc) com Base Fraca (NH 3 )

74 Titulação 100,0 ml HAc 0,100M com NH 3 0,100M