Ácidos fracos. Ácidos fracos são apenas parcialmente ionizados em solução. Reagem com o solvente (H 2 O) doando um próton.

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1 Ácidos fracos Ácidos fracos são apenas parcialmente ionizados em solução. Reagem com o solvente (H 2 O) doando um próton. Existe uma mistura de íons e ácido não-ionizado em solução em quantidades significativas (par ácido e base conjugado). Consequentemente, os ácidos fracos estão em equilíbrio.

2 Ácidos fracos HA(aq)+ H 2 O(l) H 3 O + (aq) + A - (aq) ou HA(aq) H + (aq) + A - (aq) CONSTANTE DE DISSOCIAÇÃO DO ÁCIDO Valor número pequeno K a [ 3 H O [ [ HA A ou K a [ H [ A [ HA Observe que a [H 2 O é omitida na expresão de K a. (a H 2 O é um líquido puro.) Quanto maior o K a, mais forte é o ácido (neste caso, mais íons estão presentes no equilíbrio em relação às moléculas não-ionizadas). Se K a >> 1, o ácido está completamente ionizado e o ácido é um ácido forte.

3 Balanço de massas e balanço de cargas Lei da Conservação da Massa A concentração analítica representa a quantidade real adicionada em um determinado solvente para formar uma solução de concentração conhecida. Lei da Conservação da Carga - Em uma reação de dissociação ou de neutralização as cargas se conservam. A somatória das cargas positivas deve se igualar a somatória das cargas negativas das espécies em equilíbrio. HA(aq)+ H 2 O(l) H 3 O + (aq) + A - (aq) K a HA Inicial Ca Equilíbrio Ca-x - x x No equilíbrio: BC: [H 3 O + = [A - + [OH - BM: Ca = [HA + [A -

4 Exercícios Escreva as expressões do balanço de massa para uma solução de HCl mol L -1 que está em equilíbrio com um excesso de BaSO 4 sólido. Escreva a expressão do balanço de massa para um sistema formado quando uma solução de NH 3 é saturada com AgBr. Escreva a equação do balanço de carga para uma solução de cloreto de sódio mol L -1. Escreva a equação do balanço de carga para uma solução de cloreto de magnésio mol L -1.

5 Relações Se Ca/K a > 10 2 efetuar o cálculo simplificado (ao simplificar o cálculo: o erro será menor que 5%) Se Ca/K a 10 2 efetuar o cálculo sistemático (equação quadrática)

6 Usando K a para calcular o ph HOAc (aq) H + (aq) + OAc - (aq) Início 0, No equilíbrio 0,10-x x x Se C A / Ka > 10 2 aproximação K a 1, [ H [ OAc [ HOAc x 2 0,10 x x [ H [ OAc 1, moll 1 ph log[ H log(1, ) 2,9

7 Exercícios Calcule o ph de uma solução 0,25 mol L -1 de ácido propanóico, cuja constante de dissociação é 1,3x10-5. Calcule o ph de uma solução de 1000 mmol L -1 de HCN. K a = 4,9x10-10 K a para a niacina é 1,6x10-5. Qual é o ph de uma solução de 1 mmol L -1 de niacina? Uma solução 0,10 mol L -1 de um ácido fraco monoprótico apresenta ph = 2,38 a 25 0 C. Qual o valor da constante de dissociação (K a ) deste ácido?

8 Ácidos fracos HA(aq)+ H 2 O(l) H 3 O + (aq) + A - (aq) ou HA(aq) H + (aq) + A - (aq) CONSTANTE DE DISSOCIAÇÃO DO ÁCIDO Valor número pequeno K a [ 3 H O [ [ HA A ou K a [ H [ A [ HA grau de dissociação do ácido c TOTAL = [HA + [A - [H + = [A - = c K a cxc c c c. c 2 c(1 ) c 2 1

9 Ácidos fracos grau de dissociação Grau de dissociação do ácido é a fração do ácido fraco (HA) que se encontra forma dissociada (A - ): [ A C TOTAL [ A [ HA [ A Quanto maior o grau de dissociação, mais forte é o ácido.

10 % Ionização = força do ácido ou base K a HOAc (aq) H + (aq) + OAc - (aq) Início 0, No equilíbrio 0,10-x x x 5 [ H [ OAc 1,85.10 [ HOAc 2 x 0,10 Se C A / Ka > 10 2 aproximação x x [ H [ OAc 1, moll 1 % ionização [ H equ. [ HOAc 0 x100 1,4% ÁCIDO FRACO

11 Exercícios Se o ph de uma solução de ácido acético é 3,26, qual a concentração do ácido? Qual é a porcentagem do ácido que está ionizada? K a = 1,8x10-5 Calcule a porcentagem de moléculas de HF (K a = 6,8x10-4 ) ionizadas em: a) Uma solução de 0,10 mol L -1 de HF b) Uma solução de 0,010 mol L -1 de HF

12 Força iônica É uma medida do campo elétrico existente na solução e é designada por: cizi µ = força iônica c i = concentração iônica z i = carga do íon É uma medida da concentração total de íons em solução. Quanto mais carregado for um íon, maior será a sua participação no cálculo. A força iônica é, entretanto, maior que a concentração molar se a solução possuir cargas múltiplas.

13 Atividade Na dedução da lei da ação das massas parte-se do princípio de que as concentrações efetivas ou massas ativas dos componentes podem ser expressas pelas concentrações estequiométricas. De acordo com a termodinâmica, isso não é rigorosamente verdadeiro. A equação exata para o equilíbrio de um eletrólito binário é: AB A + + B - (a A +.a B -) / (a AB ) = K dissociação CONSTANTE DE DISSOCIAÇÃO ATIVIDADE = CONCENTRAÇÃO X COEFICIENTE DE ATIVIDADE a A + = [A +. A + a B - = [B -. B - a AB = [AB. AB [ A.[ B. LEI DA AÇÃO DAS MASSAS A B. K APLICADA A ELETRÓLITOS [ AB dissociaçã o AB FRACOS (coeficiente de atividade) varia com a concentração!!!!!!

14 Atividade É utilizada para contabilizar os efeitos de eletrólitos sobre os equilíbrios químicos. Soluções diluídas a força iônica é mínima e o coeficiente de atividade tende a 1, portanto a atividade é aproximadamente igual a concentração em mol L -1. A atividade ou concentração efetiva, de uma espécie X depende da força iônica do meio. O coeficiente de atividade de uma molécula não carregada é aproximadamente igual a unidade independente da força iônica.

15 Equação de Debye-Hückel Em 1923, Peter Debye e Erich Hückel devenvolveram uma teoria que permitia calcular o coeficiente de atividade de uma solução,. A teoria é baseada em 3 suposições de como os íons agem em solução: 1-Eletrólitos completamente dissociados em íons em solução. 2-Soluções de eletrólitos muito diluídas, na ordem de 0,01 mol L Cada íon é cercado por íons de carga opostas, na média. log X 0,509z 1 3,3 2 X X X = coeficiente de atividade da espécie X µ = força iônica da solução z X = carga da espécie X α X = diâmetro efetivo do íon X hidratado em nm

16 Exercícios Calcule a força iônica de: a) Uma solução de HNO 3 0,1 mol L -1 b) Uma solução de H 2 SO 4 0,1 mol L -1 Qual é a força iônica de uma solução 0,05 mol L -1 em HNO 3 e 0,1 mol L -1 de H 2 SO 4? Calcule o coeficiente de atividade para o Hg 2+ em solução para uma força iônica de 0,085 mol L -1. Use 0,5 nm para o diâmetro efetivo do íon. Use as atividades para calcular a concentração de íons H 3 O + em uma solução de HNO 2 0,120 mol L -1 que também tem NaCl 0,05 mol L -1. Qual o erro relativo porcentual provocado por desconsiderar-se as correções devido às atividades? Dados: αh 3 O + = 0,9 nm, αno 2- = 0,3 nm e K a = 5,1x10-4