Toda ionização ou dissociação é um processo reversível, em maior ou menor grau e, como em ambos os casos tem-se formação de íons, dizemos que o equilíbrio químico atingido nesses casos é um equilíbrio iônico.

Equilíbrio Iônico é o caso particular dos equilíbrios químicos em que aparecem os íons.

Dos equilíbrios iônicos em solução aquosa, um dos mais importantes é o que ocorre na ionização de ácidos e bases, como por exemplo:

Ácido Cianídrico: HCN⇄H+¿+CN−¿¿¿

Hidróxido de amônio: NH 4OH⇄NH 4

+¿+OH−¿¿ ¿

Constante de ionizaçãoComo os equilíbrios iônicos ocorrem em soluções, defini-se Ki a partir da constante de equilíbrio em termos de concentração molar, Kc. Por exemplo:

XY ⇄ X+¿+Y−¿¿¿

Porém, é incomum falar-se em Ki, mas sim em Ka

(constante de acidez) ou Kb (constante de basicidade), uma vez que ácidos e bases são os eletrólitos em solução mais comuns.

Seja um ácido monoprótico qualquer:

HA+H 2O⇄ H 3O+¿+A−¿¿ ¿ (1)

Podemos aplicar a Lei de Ação das Massas a esse ácido:

K c=¿¿

Como a água atua como solvente, podemos considerar sua concentração constante e, desse modo, incluir o valor de [H2O] no valor de Kc.

K c x [H 2O ]=¿¿

Se chamarmos de Kc x [H2O] = Ka (4)

Aplicando a Eq. 4 a Eq. 3, teremos:

Ka=¿¿

Onde Ka é chamada de constante de acidez.

Para as bases, a dedução é feita de modo totalmente análogo, isto é:

Seja a uma monobase qualquer:

BOH+H 2O⇄BH+¿+OH−¿¿ ¿ (6)

Onde se aplicam todas as definições vistas acima, teríamos a seguinte expressão

Kb=¿¿

Onde Kb é conhecida como constante de basicidade.

As constantes de acidez e basicidade servem para determinar a força dos ácidos e das bases, respectivamente.

ObservaçãoA ionização de um poliácido ou dissociação de uma polibase ocorre em varias etapas, onde há tantas etapas quantos forem os hidrônios ou grupos hidroxilas a serem liberados, como consequência, há para cada etapa de ionização (ou dissociação) um valor de Ka. Exemplo:

H 2SO4+H 2O⇄H3O+¿+HSO4

−¿ Ka1=4 x10−1 ¿

¿

HSO4−¿+H 2O⇄H 3O

+¿+SO4

2−¿Ka2=1,27x10

−2¿

¿¿

H 2SO4+H 2O⇄2H 3O+¿+SO4

2−¿ Ka=5,08 x10−3¿ ¿

Observamos que Ka1 > Ka2 e ainda que a Ka da equação global é Ka = Ka1 x Ka2.

Equilíbrio iônico na águaA água quimicamente pura (água destilada) se auto-ioniza de acordo com a equação:

2H 2O⇄H3O+¿+OH−¿(8) ¿¿

Mais detalhadamente, ocorre o seguinte principio:

QUÍMICA

Prof. Elio Ferreira

Aula 15 – Equilíbrio Iônico

Entretanto a Eq. 8 é representada de modo simplista de acordo com a equação abaixo:

H 2O⇄ H+¿+OH−¿¿ ¿ (9)

Expressando Kc para essa reação, teremos

K c=¿¿

Podemos considerar a concentração da água constante e, desse modo, incluir seu valor ao valor de Kc. K c x [H2O ]=¿ (11)

Aplicando a Eq. 10 a Eq. 11, teremos:

Se chamarmos o produto Kc x [H2O] = Kw e aplicando essa consideração a Eq. 11 teremos:

Kw=¿

Onde Kw é denominado produto iônico da água (w = water, “água” em inglês).

Por meio de medidas de condutividade elétrica realizadas a 25 °C foi possível determinar as concentrações dos íons H+ ou OH- que são iguais a 1x10-7 mol/L na água pura. Assim, a essa temperatura, tem-se

Kw= (1,0x 10−7 ) x ¿

Dependendo das concentrações dos íons [H+] e [OH-], podemos ter três meios em soluções:

a) Neutro: Um sistema é chamado neutro quando as concentrações dos íons [H+] e [OH-] são iguais, como na água destilada, isto é

¿¿

b) Ácido: A adição de um ácido a um meio neutro aumenta a concentração do íon [H+] e torna o meio ácido, como nos refrigerantes, no meio ácido temos

¿¿

c) Básico: A adição de uma base ao sistema neutro implica a formação de uma solução básica, por conta do aumento da concentração dos íons [OH-] do meio, é o caso do leite de magnésia. Assim, no meio básico, temos

¿¿

Considerando soluções aquosas a 25 °C, pode-se afirmar que:

VAMOS RESOLVER1. Calcule a concentração dos íons H+ e OH- em uma solução 0,02 mol/L de NaOH, a 25 °C.

Potencial Hidrogeniônico e HidroxiliônicoVimos que as concentrações dos íons [H+] e [OH-] são muito pequenos (por isso apresentam expoentes negativos). Por isso, o químico dinamarquês Sören P. T. Sörensen propôs em 1909, o uso de cologaritmos de base 10, a fim de transformar essas concentrações em números mais cômodos, criando assim o conceito de potencial (p):

pX=cologX=−logX= 1logX

O uso do cologaritmo (ou do logaritmo com o sinal trocado) é justificado por duas causas: primeira é de que as concentrações extremamente baixas dos elementos e íons levaria a valores negativos de pX; segunda é de que também para converter as multiplicações (expoentes) em operações de adição ou subtração.Quando se fala especificamente em concentrações (ou potenciais) dos íons H+ ou OH, tem-se

a) Potencial Hidrogeniônico

pH=−log¿

b) Potencial HidroxiliônicopOH=−log ¿

Podemos assim definir uma escala de acidez com base na concentração do íon H+ em uma solução neutra a 25 °C, com base na definição de potencial:

Para [H+] = 1,0x10-7 mol/L, temos

pH=−log¿pH=−log [1,0 x 10−7 ]

pH=−log [1,0]− log [10−7 ]

Em química, utilizam-se os logaritmos de base 10 para os cálculos de potencial. A seguir demonstraremos três propriedades operatórias dos logaritmos que serão importantes para nosso estudo, a saber:

Logaritmo de um produto: (log a.b) = log a + log b

Logaritmo de um quociente: log ab

= log a – log b

Logaritmo de uma potencia: log ab = b.log aÉ oportuno saber que: log 10 = 1 e log 1 = 0

pH=−log [1,0]−(−7) log [10 ]pH=0+7x 1pH=7

Como em meio neutro a concentração do íon [OH -] também é 1,0x10-7 mol/L, temos que pOH = 7.Conclusão:

pH + pOH = 14Levando-se em consideração a concentração dos íons [H+] e [OH-] nos meios ácidos e básicos, teríamos:a) Meio Ácido: pH < 7 e pOH >7b) Meio Neutro: pH = pOH = 7 c) Meio Básico: pH > 7 e pOH < 7

VAMOS RESOLVER2. Calcule a concentração o pH e o pOH de uma solução 0,02 mol/L de NaOH, a 25 °C e determine se o meio é ácido ou básico.

INFORMAÇÕES ADICIONAIS:Solução Tampão

Os sistemas que possuem a capacidade de evitar variações bruscas de pH são denominados tampões e são muito importantes para controlar a acidez de diferentes meios. As soluções-tampões mais comuns são soluções de ácidos fracos, contendo seus sais, por exemplo, solução de acido acético (CH3COOH e CH3COONa).Soluções-tampão tem grande importância nos processos biológicos, a exemplo do nosso sangue, que esta tamponado para manter o pH em torno de 7,3 e 7,5 (uma simples variação de 0,4 pode levar a morte).

IndicadoresSão substâncias orgânicas de formulas complexas e possuidoras de um caráter ácido fraco (ou de base fraca) que apresentam diferentes colorações: uma no meio ácido e outra no meio básico.

A TEORIA NA PRÁTICA___________________01. (Univali-SP) A coloração das hortencias, muito comum no sul do país, depende da acidez do solo, podem ser azuis em solo ácido e rosadas em solos básicos. Assim se adicionarmos calcário (CaCO3) ao solo onde as flores forem plantadas, de modo que uma análise deste revele uma concentração hidrogeniônica de 10-8 mol/L, as hortênsias nascerão:a) azuis, já que o pH do solo será 1,8.b) rosadas, já que o pH do solo será 10,8.c) brancas, já que o pH do solo será neutro.d) rosadas, já que o pH do solo será 8.e) azuis, já que o pH do solo será 4.

02. (ENEM/2002) A chuva em locais não poluídos é levemente ácida. Em locais onde os níveis de poluição são altos, os valores do pH da chuva podem ficar abaixo de 5,5, recebendo, então, a denominação de “chuva ácida”. Este tipo de chuva causa prejuízos nas mais diversas áreas: construção civil, agricultura, monumentos históricos, entre outras. A acidez da chuva está relacionada ao pH da seguinte forma: concentração de íons hidrogênio = 10-pH , sendo que o pH pode assumir valores entre 0 e 14. Ao realizar o monitoramento do pH da chuva em Campinas (SP) nos meses de março, abril e maio de 1998, um centro de pesquisa coletou 21 amostras, das quais quatro têm seus valores mostrados na tabela:

Mês Amostra pHMarço 6ª 4Abril 8ª 5Abril 14ª 6Maio 18ª 7

A análise da fórmula e da tabela permite afirmar que:I. da 6ª para a 14ª amostra ocorreu um aumento de 50% na acidez.II. a 18ª amostra é a menos ácida dentre as expostas.III. a 8ª amostra é dez vezes mais ácida que a 14ª.IV. as únicas amostras de chuvas denominadas ácidas são a 6ª e a 8ª.São corretas apenas as afirmativasa) I e II b) II e IV. c) I, II e IV. d) I, III e IV.e) II, III e IV.

03. (ENEM/2010) O rótulo de uma garrafa de água mineral natural contém as seguintes informações:

Características físico-químicas

Valor Composição química

mg/L

pH a 25 °C 7,54 Bicarbonato 93,54Calcio 15,13Sódio 14,24

Condutividade elétrica a 25 °C

151 (μS/cm)

Magnésio 3,62Carbonatos 3,09Sulfatos 2,30

Resíduo da evaporação a 180 °C

126 (mg/L)

Potássio 1,24Fosfatos 0,20Fluoretos 0,20

As informações químicas presentes no rótulo de vários produtos permitem classificar o produto de várias formas, de acordo com seu gosto, seu cheiro, sua aparência, sua função, entre outras. As informações da tabela permitem concluir que essa água é

a) gasosa. b) insípida. c) levemente azeda. d) um pouco alcalina. e) radioativa na fonte.