Ácidos e Bases. a) Produto iônico da água

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1 1 Ácidos e Bases a) Produto iônico da água A água é anfiprótica. Ou seja, ela tanto doa, com aceita prótons Reação direta: 2H 2O(l) H 3O + (aq) + OH (aq) autoprotólise: uma molécula transfere um próton para outra molécula igual

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3 2H 2 O(l) H 3 O + (aq) + OH (aq) Como a H2 O = 1 K = a H 3 O +a OH (a H2 O) 2 K w = a H3 O +a OH K w é a constante de autoprotólise da água a soluto [soluto]/c, com c = 1 mol/l K w = [H 3 O +] [ OH ] Água pura, 25 C, [ H 3 O +] = [OH ] = 1, mol/l Logo, ( K w = 1, ) ( 1, ) = 1,

4 b) Ácidos e bases em meio aquoso Arrhenius: Um ácido é um composto que contém hidrogênio e reage com água para formar íons hidrogênio, H + Uma base é um composto que produz íons hidróxido, OH, na água Ácidos e bases fortes e fracos ácidos e bases fortes estão completamente ionizados e dissociados em soluções aquosas diluídas HA(aq) H + (aq) + A (aq) K a = [ H + ] [ A ] [HA] Como [HA] 0, K a é muito alto para ácido fortes Logo: quanto maior [HA] menor K a menor a força do ácido Assim como ph = log[h + ], pk a = log (K a)

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6 O ácido clorídrico é uma solução de cloreto de hidrogênio (ácido forte em água) em água e contém os íons hidrônio, íons cloreto e praticamente nehuma molécula de HCl. A reação completa é: HCl(g) + H 2 O(l) H 3 O + (aq) + Cl (aq) Já o ácido acético é um ácido fraco em água porque apenas uma pequena fração sofre desprotonação: CH 3 COOH(aq)+H 2 O(l) H 3 O + (aq)+ch 3 CO 2 (aq)

7 O ácido clorídrico é um ácido forte O ácido acético é um ácido fraco

8 Um ácido poliprótico é um composto que pode doar mais de um próton O ácido carbônico participa de dois equilíbrios sucessivos de transferência de prótons: H 2 CO 3 (aq) + H 2 O(l) H 3 O + (aq) + HCO 3 (aq) K a1 = 4, HCO 3 (aq) + H 2O(l) H 3 O + (aq) + CO 2 3 (aq) K a2 = 5,

9 De um modo geral K a1 K a2 K a3 Tabela: Constantes de acidez de ácidos polipróticos.

10 c) Como calcular o ph de uma solução de um ácido fraco? A dissolução em água do ácido fraco leva ao equilíbrio entre o ácido, o íon hidrônio e da base conjugada do ácido CH 3 COOH(aq) + H 2 O(l) H 3 O + (aq) + CH 3 CO 2 (aq) ácido + água íon hidrônio + base conjugada Procedimento de cálculo Escreva a equação química e o K a Monte uma tabela com ácido (HA), H 3 O + e a base conjugada do ácido (A ) Na primeira linha da tabela coloque as concentrações iniciais (não há desprotonação nessa etapa) Na segunda linha coloque as mudanças nas concentrações até o equilíbrio Na terceira linha coloque o resultado da soma das duas primeiras linhas (concentrações no equilíbrio)

11 HA + H 2 O H 3 O + + A ácido + água íon hidrônio + base conjugada

12 Problema Calcule o ph e a percentagem de desprotonação das moléculas de CH 3 COOH em uma solução 0,080 mol/l de CH 3 COOH em água, sabendo que o K a do ácido acétido é 1,

13 Problema Calcule o ph e a percentagem de desprotonação das moléculas de CH 3 COOH em uma solução 0,080 mol/l de CH 3 COOH em água, sabendo que o K a do ácido acétido é 1, Solução é ácida ph < 7 Ácido fraco pequena desprotonação Escreva a equação química e o K a CH 3 COOH(aq) + H 2 O(l) H 3 O + (aq) + CH 3 CO2 [ (aq) H3 O +] [ ] CH 3 CO2 K a = [CH 3 COOH] Monte uma tabela com ácido (CH 3 COOH), H 3 O + e a base conjugada do ácido (CH 3 CO2 )

14 Substitua as concentrações no equilíbrio na equação do K a K a = 1, = x x 0, 080 x x = Como x = [ H 3 O +] e ph = log [ H 3 O +] ph = log( ) = 2, 92

15 A percentagem de desprotonação é dada por [ H3 O +] [HA] inicial 100 Nesse caso, [HA] inicial = [CH 3 COOH] inicial = 0, 080 Logo, percentagem de desprotonação = , 5% 0, 080 Em resumo uma solução aquosa de ácido acético 0,080 mol/l é 1,5% ionizada e apresenta ph 2,92.

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17 d) Como calcular o ph de uma solução de uma base fraca?

18 d) Como calcular o ph de uma solução de uma base fraca? Resposta: de modo similar ao feito para o ácido fraco. A dissolução em água de uma base fraca leva ao equilíbrio entre a base, o íon hidróxido e do ácido conjugado da base CH 3 NH 2 (aq) + H 2 O(l) OH (aq) + CH 3 NH + 3 (aq) base + água íon hidróxido + ácido conjugado Procedimento de cálculo Escreva a equação química e o K b Monte uma tabela com base (B), OH e o ácido conjugado da base (BH + ) Na primeira linha da tabela coloque as concentrações iniciais (não há protonação nessa etapa) Na segunda linha coloque as mudanças nas concentrações até o equilíbrio Na terceira linha coloque o resultado da soma das duas primeiras linhas (concentrações no equilíbrio)

19 B + H 2 O BH + + OH base + água ácido conjugado + íon hidróxido

20 Problema Calcule o ph e a percentagem de protonação de uma solução aquosa de metilamina (CH 3 NH 2 ) 0,20 mol/l, sabendo que o K b = 3,

21 Problema Calcule o ph e a percentagem de protonação de uma solução aquosa de metilamina (CH 3 NH 2 ) 0,20 mol/l, sabendo que o K b = 3, Solução é básica ph > 7 Base fraca pequena protonação Escreva a equação química e o K b CH 3 NH [ 2 (aq) + H ] 2 O(l) OH (aq) + CH 3 NH 3 + (aq) CH 3 NH 3 + [OH ] K b = [CH 3 NH 2 ] Monte uma tabela com base (CH 3 NH 2 ), OH e o ácido conjugado da base (CH 3 NH 3 + )

22 Substitua as concentrações no equilíbrio na equação do K b K b = 3, = x x 0, 20 x x = 0, Como x = [OH ] e poh = log [OH ] poh = log( ) = 2, 08 pk w = ph + poh ph = 14 2, 08 = 11, 92

23 A percentagem de protonação é dada por [ BH + ] Nesse caso, [B] inicial 100 [B] inicial = [CH 3 NH 2 ] inicial = 0, 20 Logo, percentagem de protonação = 0, , 2% 0, 20 Em resumo uma solução aquosa de metilamina 0,20 mol/l é 4,2% ionizada e apresenta ph 11,92.