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QUÍMICA ANALÍTICA QUALITATIVA QUI 0603

“EQUILÍBRIO IÔNICO ÁCIDO-BASE”

Profa. Nedja Suely Fernandes

2012.1 Natal/RN

Profa. Nedja Fernandes IQ/UFRN 2

ÁCIDOS FORTES

• Os ácidos comuns mais fortes: HCl, HBr, HI, HNO3, HClO3,

HClO4, e H2SO4.

• Ácidos fortes são eletrólitos fortes.

• Todos os ácidos fortes ionizam completamente em solução:

HNO3(aq) + H2O(l) H3O+(aq) + NO3

-(aq)

• Uma vez que H+ e H3O+ são usados de maneira intercambiável,

escrevemos:

HNO3(aq) H+(aq) + NO3

-(aq)


ÁCIDOS FORTES

HCl


ÁCIDO FRACO

ENTRANHA CONDUTA DO HF – ÁCIDO FLUORÍDRICO

HF(aq) + H2O(l) H3O+(aq) + F-

(aq)

• O íon hidrônio permanece firmemente associado ao

F- por meio da ligação de hidrogênio. Essa associação

é denominada par iônico.

H3O+(aq) + F-

(aq) F- ... H3O+

PAR IÔNICO

http://pt.wikipedia.org/wiki/Imagem:Acido_cloridrico.png

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ÁCIDOS FORTES

HNO3


ÁCIDOS FORTES

HClO4


ÁCIDOS FORTES

H2SO4


BASES FORTES

• As bases fortes comuns : LiOH, NaOH, KOH, RbOH, CsOH.

• R4NOH – Hidróxido Quaternário de amônio

(CH3CH2CH2CH2)4N+OH-

• Os hidróxidos de metais alcalinos terrosos (Mg2+, Ca2+, Sr2+ e Ba2+)

podem ser considerados bases fortes, embora sejam menos solúveis

que os hidróxidos de metais alcalinos e possuam certa tendência

para a formação de complexos do tipo MOH+.

http://pt.wikipedia.org/wiki/Imagem:Nitric-acid.png

http://pt.wikipedia.org/wiki/Imagem:Salpetersaeure.jpg

http://pt.wikipedia.org/wiki/Imagem:Perchloric-acid-2D-dimensions.png

http://pt.wikipedia.org/wiki/Imagem:Perchloric-acid-3D-vdW.png

http://pt.wikipedia.org/wiki/Imagem:Sulfuric-acid-3D-vdW.png

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/8/8b/Sulfuric-acid-2D-dimensions.svg

http://pt.wikipedia.org/wiki/Imagem:Sulfurous-acid-3D-balls.png

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CÁLCULO DE pH DE ÁCIDOS FORTES

1) Determine o pH de uma solução de HNO3, cuja

concentração é 0,15 mol/L.

Resposta: pH = 0,82


CÁLCULO DE pH DE BASES FORTES

1) Uma amostra de 1,00 g de NaOH foi dissolvida em 1,00

x 102 mL de solução e então diluída para 5,00 x 102mL.

Qual é o pH da solução resultante?

Resposta: pH = 12,7


ÁCIDOS FRACOS

• Os ácidos fracos são apenas parcialmente ionizados em solução

• Existe uma mistura de íons e ácido não-ionizado em solução

• Conseqüentemente, os ácidos fracos estão em equilíbrio:

HA(aq) + H2O(l) H3O+(aq) + A-(aq)

]HA[

]A][OH[ -3

aK

HA(aq) H+(aq) + A-(aq)]HA[

]A][H[ -

aK

Simplificado


ÁCIDOS FRACOS

• Ka é a constante de ionização do ácido.

• A [H2O] é omitida na expresão de Ka (a H2O é um líquido puro.)

• Quanto maior o Ka, mais forte é o ácido (neste caso, mais íons

estão presentes no equilíbrio em relação às moléculas não-

ionizadas).

• Se Ka >> 1, o ácido está completamente ionizado e é considerado

um ácido forte.

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ÁCIDOS FRACOS

100 ]HA[

]OH[

INICIAL

3

Grau de ionização ()

[HA]INICIAL = Concentração molar inicial do ácido, assumindo que

nenhuma ionização aconteceu.


ÁCIDOS FRACOS

Ácido fluorídrico

Ácido nitroso

Ácido benzóico

Ácido acético

Ácido hipocloroso

Ácido cianídrico

Fenol


EXERCÍCIOS

1) Um estudante preparou uma solução de 0,10 mol/L de

ácido fórmico (HCO2H) e mediu seu pH usando um

pHmetro e constatou que o pH a 25 oC é = 2,38.

a) Calcule Ka para o ácido fórmico nessa temperatura;

b) Qual o grau de ionização () do ácido nessa solução?

Respostas: Ka = 1,74 x 10-4 e = 4,2%


EXERCÍCIOS

2) Qual a concentração molar inicial e o grau de ionização

() de uma solução de ácido acético (CH3COOH), cujo

pH = 2,5. Dado Ka = 1,8 x 10-5 a 25 o C.

Respostas: [CH3COOH] = 0,5579 mol/L e = 0,57%

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EXERCÍCIOS

3) O ácido propanóico, CH3CH2CO2H, ioniza em água

de acordo com a equação:

CH3CH2CO2H (aq) + H2O(l) CH3CH2CO2-(aq) + H3O

+(aq)

Se você dissolve 0,588 g do ácido em água para

obter 250 mL de solução, qual é a concentração do

íon hidrônio no equilíbrio. Qual é o pH da solução?

Calcule o grau de ionização do ácido propanóico.

Ka = 1,4 x 10-5

Resposta: pH = 3,2


ÁCIDOS POLIPRÓTICOS

• Os ácidos polipróticos têm mais de um próton ionizável

• Os prótons são removidos em etapas, não todos de uma só vez

• Conseqüentemente, Ka1 > Ka2 > Ka3 etc.

H2SO3(aq) H+(aq) + HSO3-(aq)

HSO3-(aq) H+(aq) + SO3

2-(aq)


ÁCIDOS POLIPRÓTICOS


ÁCIDO POLIPRÓTICO FORTE (H2SO4)

H2SO4(aq) + H2O(l) H3O+(aq) + HSO4

-(aq)

1a IONIZAÇÃO (Completa)

2a IONIZAÇÃO

HSO4-(aq) + H2O(l) H3O+

(aq) + SO42-

(aq)

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EXEMPLO

1) Calcule o pH de uma solução aquosa de H2SO4 0,010

mol/L a 25 oC.

Resposta: pH = 1,84

• O ácido sulfúrico é o único ácido poliprótico comum para o qual

a 1a ionização é completa;

• A segunda ionização aumenta ligeiramente a [H3O+], assim o pH

será ligeiramente menor que o devido à primeira ionização

sozinha.

OBSERVAÇÃO


ÁCIDO POLIPRÓTICO FRACO (H2S)

H2S(aq) + H2O(l) H3O+(aq) + HS-

(aq)

1a IONIZAÇÃO Ka1 = 1,3 x 10-7

2a IONIZAÇÃO Ka2 = 7,1 x 10-15

HS-(aq) + H2O(l) H3O+

(aq) + S2-(aq)


EXEMPLO

1) Calcule o pH de uma solução aquosa de H2S 0,020 mol/L

a 25 oC.

• Para efeito de cálculo do pH de ácido poliprótico fraco, será

necessário considerar apenas a primeira ionização, uma vez que

a segunda ionização não afeta significativamente o pH e

portanto pode ser ignorada.

OBSERVAÇÃO

Resposta: pH = 4,3


EXERCÍCIO

1) No estômago, o suco gástrico tem um pH = 1,0 devido

ao ácido forte HCl. Que fração de vitamina C (ácido

ascórbico – H2C6H606) em um tablete de 500 mg se

dissocia, se o volume do suco gástrico no estômago é

200 mL? Ka1 = 8,0 x 10-5 e Ka2 = 1,6 x 10-12 a 25 oC.

Resposta: = 0,077%

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EXERCÍCIO

2) Calcule as concentrações de H2CO3, HCO3-, CO3

2-, H3O+

e OH- presentes no H2CO3(aq) 0,0456 mol/L.

Dado: Ka1 = 4,3 x 10-7 e Ka2 = 5,6 x 10-11 a 25 oC.

Respostas: [H2CO3] = 0,0455 mol/L; [HCO3-] = [H3O+] = 1,400 x 10-4

mol/L

[H3O+] = [CO32-] = 5,6 x 10-11 mol/L [OH-] = 7,14 x 10-11 mol/L

[H3O+] total = 1,40000056 x 10-4 mol/L


SOLUÇÕES DE BASES FRACAS

• As bases fracas são apenas parcialmente protonadas em solução;

• Existe uma mistura de íons e base não-protonada em solução;

• Conseqüentemente, as bases fracas estão em equilíbrio:

]B[

]OH][HB[ -

bK

Kb = Constante de basicidade ou de ionização da base

B(aq) + H2O(l) HB+(aq) + OH-

(aq)


SOLUÇÕES DE BASES FRACAS

100 ]B[

]HB[

INICIAL

Grau de protonação ()

[B]INICIAL = Concentração molar inicial da base, assumindo que

nenhuma protonação ocorreu.


EXEMPLOS

1) Calcule o pH e a porcentagem de protonação () de uma

solução aquosa 0,20 mol/L de metilamina (CH3NH2) e

Kb = 3,6 x 10-4 a 25 oC.

Respostas: pH = 11,9 e = 4,2%

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CONSTANTE DE DISSOCIAÇÃO PARA PARES ÁCIDO-BASE CONJUGADOS


RELAÇÃO ENTRE Ka E Kb

• Quanto maior o Ka, menor o Kb.

• Quanto mais forte o ácido, mais fraca a base conjugada.

• Para um par ácido-base conjugado baw KKK

baw pKpKpK

Aplicando o logaritmo

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RELAÇÃO ENTRE Ka E Kb


MECANISMO DE IONIZAÇÃO DOS ÁCIDOS

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