cas

es Q

uím

i

P i i i Tó i Ab d d

orm

açõe Principais Tópicos Abordados

Indústrias químicas:

–Tr

ansf

o .Indústrias químicas:

Processo Haber – Equilíbrio químico: Lei de Ação das Massas e

constante de equilíbrio Fatores que afetam o equilíbrio químico Kp e Kc;

BC

0307

– constante de equilíbrio. Fatores que afetam o equilíbrio químico. Kp e Kc;

Processo Solvay – Solubilidade, Kps;

Equilíbrio ácido-baseB Equilíbrio ácido base

Sistema tampão

cas

es Q

uím

ior

maç

õe–

Tran

sfo

BC

0307

–B

Definições de Ácidos e BasesUsanovich

Eletrônica

cas Ionotrópica

es Q

uím

i

ArrheniusProtônica SistemasSolventes

orm

açõe

Lux

–Tr

ansf

o Lux

BC

0307

–

Relações Conceituais Relações HistóricasB

Química Nova, 23 (1), 2000, 126 – 133.

Ácido: espécie que ao reagir com água produz íon

cas

H3O+ (hidroxônio).SO2 (g) + 2 H2O (l) H3O+ (aq) + HSO3

-(aq)

es Q

uím

i

Base: espécie que ao reagir com água produz íons

orm

açõe OH- (hidroxila).

Na2O (s) + H2O (l) 2 Na+ (aq) + 2 OH- (aq)

–Tr

ansf

oB

C03

07 –

B

cas

Ácido: espécie doadora de H+. Base: espécie receptora de H+

.

es Q

uím

i

Esta teoria prevê a formação de pares conjugados:

orm

açõe

NH3 (aq) + H2O (l) NH4+ (aq) + OH- (aq)

Base Ácido Ácido Base

–Tr

ansf

o

HNO2 (aq) + H2O (l) NO2- (aq) + H3O+ (aq)

BC

0307

– 2 ( q) 2 ( ) 2 ( q) 3 ( q)Ácido Base Base Ácido

ÁCIDOS E BASES ESTÃO RELACIONADOS ENTRE SIB ÁCIDOS E BASES ESTÃO RELACIONADOS ENTRE SI PELA PERDA OU GANHO DE H+

cas

es Q

uím

i

ácido base

orm

açõe

–Tr

ansf

oB

C03

07 –

á idB ácidobase

cas

es Q

uím

ior

maç

õe–

Tran

sfo

BC

0307

–B

• Ácido: receptor de par de elétrons.ca

s

• Base: doador de par de elétrons.

HH

+

es Q

uím

i

N H + H+

N

H

HHÁcido

orm

açõe H

HÁcido

Base

–Tr

ansf

oB

C03

07 –

Ácido de Lewis

B

cas

es Q

uím

ior

maç

õe–

Tran

sfo

BC

0307

–B

cas

es Q

uím

ior

maç

õe–

Tran

sfo

BC

0307

–B

cas

es Q

uím

ior

maç

õe–

Tran

sfo

BC

0307

–B

cas

es Q

uím

ior

maç

õe–

Tran

sfo

BC

0307

–B

cas

es Q

uím

ior

maç

õe–

Tran

sfo

BC

0307

–B

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

cas

2 ( ) 2 ( ) 3 ( q) ( q)

OH-OH-

es Q

uím

i OHOH

orm

açõe H3O+H3O+

–Tr

ansf

oB

C03

07 – ConstanteConstante de de EquilibrioEquilibrio = = KKww

KKww = [H= [H33OO++] [OH] [OH--] =] = 11..0000 xx 1010--1414 aa 2525 ooCCB KKww [H [H33OO ] [OH] [OH ] ] 11..00 00 x x 1010 a a 25 25 CC

ConstanteConstante de de EquilibrioEquilibrio = = KKww

cas KKww = [H= [H33OO++] [OH] [OH--] = ] = 11..00 00 x x 1010--1414 a a 25 25 ooCC

es Q

uím

ior

maç

õe

Kw = [H+] [OH -] = [x][x] [H+] = [OH -] = 1,0 x 10 – 7 mol/L

–Tr

ansf

o

Ou: - log Kw = - log [H+] + (- log [OH-])

pKw = pH + pOH (notação mais prática!)

BC

0307

– pKw = pH + pOH (notação mais prática!)

pH + pOH = 14,0

B

]OHlog[pOH]Hlog[]OHlog[pH - ]OHlog[pOH ]Hlog[]OHlog[pH 3 ca

s

QualQual o pH de o pH de umauma soluçãosolução 00..0010 0010 M M NaOHNaOH? ?

NaOHNaOH é é umauma base forte!base forte!

es Q

uím

i NaOHNaOH é é umauma base forte!base forte!

[OH[OH--]] = = 11..00xx1010--33 MM1111

orm

açõe [H[H3OO++] = ] = 11..0 0 x x 1010--1111 MM

pH = pH = -- log (log (11..0 0 x x 1010--1111) = ) = 1111..0000

–Tr

ansf

o pp g (g ( ))

S l ãS l ã Bá iBá i H H 77

BC

0307

– SoluçãoSolução BásicaBásica pH > pH > 77SoluçãoSolução NeutraNeutra pH = pH = 77B çç ppSoluçãoSolução ÁcidaÁcida pH < pH < 77

Escala de pHca

ses

Quí

mi

orm

açõe

–Tr

ansf

oB

C03

07 –

B

cas

es Q

uím

ior

maç

õe–

Tran

sfo

BC

0307

–B

cas

es Q

uím

i

pKa = -log Ka

orm

açõe

–Tr

ansf

oB

C03

07 –

pKb = -log Kb

B

RelaçãoRelação entre Kentre Kaa, K, Kbb, [H, [H33OO++] e pH] e pHca

ses

Quí

mi

orm

açõe

–Tr

ansf

o

Grau de Ionização

BC

0307

–B

cas

es Q

uím

ior

maç

õe–

Tran

sfo

BC

0307

–B

cas

es Q

uím

ior

maç

õe–

Tran

sfo

BC

0307

–B

O á id li óti tê i d ót

cas

• Os ácidos polipróticos têm mais de um prótonionizável;

es Q

uím

i

• Os prótons são removidos em etapas:

H SO ( ) H+( ) + HSO -( ) K 1 7 10 2

orm

açõe H2SO3(aq) H+(aq) + HSO3

-(aq) Ka1 = 1.7 x 10-2

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

2-(aq) Ka2 = 6.4 x 10-8

–Tr

ansf

o

• É sempre mais fácil remover o primeiro próton emá id li óti d d

HSO3 (aq) H (aq) SO3 (aq) Ka2 6.4 x 10

BC

0307

– um ácido poliprótico do que o segundo.

C ü t t K K K tB • Conseqüentemente, Ka1 > Ka2 > Ka3 etc.

cas

es Q

uím

ior

maç

õe–

Tran

sfo

BC

0307

–B

TemTem--se se 11..00 00 M M HOAcHOAc. . CalculeCalcule asas concentraçõesconcentrações de de HOAHOA H H OO++ OAOA -- ilíb iilíb i HH

cas

HOAcHOAc, H, H33OO++, , OAcOAc-- no no equilíbrioequilíbrio e oe o pH.pH.

es Q

uím

i

HOAcHOAc + H+ H22O HO H33OO++ + + OAcOAc-- KKaa = = 11..88xx1010--55

1100 PassoPasso:: DefinaDefina as as concentraçõesconcentrações no no equiílbrioequiílbrio

orm

açõe

11 PassoPasso:: DefinaDefina as as concentraçõesconcentrações no no equiílbrioequiílbrio

[[HOAcHOAc]] [H[H33OO++]] [[OAcOAc--]]

–Tr

ansf

o

inicialinicial 11..0000 00 00variaçãovariação --xx +x+x +x+x

BC

0307

– variaçãovariação xx +x+x +x+xequilíbrioequilíbrio 11..0000--xx xx xx

B

Note Note queque [H[H33OO++] ] provenienteproveniente da Hda H22O O podepode ser ser desconsideradodesconsiderado nessenesse casocaso

TemTem--se se 11..00 00 M M HOAcHOAc. . CalculeCalcule asas concentraçõesconcentraçõesd d HOAHOA H H OO++ OAOA -- ilíb iilíb i HH

cas

de de HOAcHOAc, H, H33OO++, , OAcOAc-- no no equilíbrioequilíbrio e oe o pH.pH.HOAcHOAc + H+ H22O HO H33OO++ + + OAcOAc--

es Q

uím

i

2200 PassoPasso:: EscrevaEscreva a a expressãoexpressão de de equilíbrioequilíbrio

[H O+][OA -] 2

orm

açõe Ka 1.8 x 10-5 = [H3O+][OAc-]

[HOAc] x2

1.00 - x

–Tr

ansf

o

3300 PassoPasso: : ResolvaResolva assumindoassumindo queque x é x é muitomuito pequenopequeno, , umauma vezvez queque Ka <<< Ka <<< 00. .

BC

0307

– qq

Ka 1.8 x 10-5 = x2

1.00B

3300 PassoPasso: : ResolvaResolva assumindoassumindo queque x é x é muitomuito pequenopequeno, , K K 00

cas

5 x2

umauma vezvez queque Ka <<< Ka <<< 00. .

es Q

uím

i Ka 1.8 x 10-5 = x1.00

[[KK 11 0000]]11//22

orm

açõe x = x = [[KKaa • • 11..0000]]11//22

x =x = 44..22 xx 1010--33 MM

–Tr

ansf

o x x 44..2 2 x x 1010 M M

[[HH33OO++] = [] = [OAcOAc--] ] = = 44..2 2 x x 1010--33 M M

BC

0307

–

pH = pH = -- log [log [HH33OO++] = ] = --log (log (44..2 2 x x 1010--33) = ) = 22..3737

B

ConsidereConsidere a a expressãoexpressão aproximadaaproximada

cas Ka 1.8 x 10-5 = x2

1.00 x [H3O+ ] = [Ka • 1.00]1/2

es Q

uím

i

P/ P/ muitosmuitos ácidosácidos fracosfracos

orm

açõe [H[H33OO++] = ] = [base conj.] [base conj.] = [K= [Kaa • C• Coo]]11//22

EE CC i i i li i i l dd á idá id

–Tr

ansf

o EmEm queque CC00 = = concconc. . inicialinicial de de ácidoácidoDicaDica::

BC

0307

– cacaSe Se 100100•K•Ka a < C< Coo, , entãoentão [H[H33OO++] = [] = [KKaa•C•Coo]]11//22

B

Caso contrário temos que resolver a equação quadrática

CalculeCalcule o pH de o pH de umauma soluçãosolução 00..0010 0010 M de M de ácác. . fórmicofórmico HCO HCO HH

cas

fórmicofórmico, HCO, HCO22H.H.HCOHCO22H + HH + H22O HCOO HCO22

-- + H+ H33OO++

es Q

uím

i

KKaa = = 11..8 8 x x 1010--44

SoluçãoSolução aproximadaaproximada

orm

açõe

çç pp

[H[H33OO++] ] = = [K[Kaa • C• Coo]]11//22 = = 44..2 2 x x 1010--44 M, M, pH = pH = 33..3737SoluçãoSolução ExataExata

–Tr

ansf

o SoluçãoSolução ExataExata[H[H33OO++] = [] = [HCOHCO22

--] = ] = 33..4 4 x x 1010--44 MM

BC

0307

–

[[HCOHCO22HH] = ] = 00..0010 0010 -- 33..4 4 x x 1010--44 = = 00..0007 0007 MMpH = pH = 33..47 47 B pp

Portanto, nesse caso temos que resolver a expressão quadrática!

CalculeCalcule o pH de o pH de umauma soluçãosolução 00 10 10 M de NaM de Na22COCO33

cas

CalculeCalcule o pH de o pH de umauma soluçãosolução 00..10 10 M de NaM de Na22COCO33. . NaNa22COCO3 3 2 2 NaNa+ + ++ COCO33

22--

es Q

uím

i

COCO3322-- ++ HH22O O HCOHCO33

-- + OH+ OH--

basebase áácidocido áácidocido basebase KKbb = = 22..1 1 x x 1010--44

orm

açõe

basebase áácidocido áácidocido basebase KKbb 22..1 1 x x 1010

11oo PassoPasso:: Monte Monte umauma tabelatabela de de concentraçõesconcentrações

–Tr

ansf

o 11 PassoPasso:: Monte Monte umauma tabelatabela de de concentraçõesconcentrações[CO[CO33

22--]] [HCO[HCO33--]] [OH[OH--] ]

inicialinicial 00 1010 00 00

BC

0307

– inicialinicial 00,,1010 00 00variaçãovariação --xx +x+x +x+xequilibequilib 00 1010--xx +x+x +x+xB equilibequilib.. 00,,1010 xx +x+x +x+x

22oo PassoPasso: : ResolvaResolva a a expressãoexpressão de de equilíbrioequilíbrioca

s Kb = 2.1 x 10-4 = [HCO3-][OH-]

[CO32 ] x2

0.10 - x

es Q

uím

i

Assuma que 0.10 - x ≈ 0.10 porque 100•Kb < Cox = [HCO3

-] = [OH-] = 0.0046 M

orm

açõe

x [HCO3 ] [OH ] 0.0046 M

33oo PassoPasso: : CalculeCalcule o o pHpH

–Tr

ansf

o

[OH[OH--] = ] = 00..0046 0046 M M pOHpOH = = -- log [OHlog [OH--] = ] = 22..3434

pH + pH + pOHpOH = = 1414

BC

0307

– pH + pH + pOHpOH = = 1414, ,

PortantoPortanto pH = pH = 1111..6666, e a , e a soluçãosolução é ________. é ________. BÁSICA

B pp ________________

CalculeCalcule o pH da o pH da soluçãosolução queque resultaresulta da da misturamistura de de 25 25 LL d NHd NH 00 016 016 M M 25 25 LL d d HClHCl 00 016 016 MM

cas

25 25 mLmL de NHde NH33 00,,016 016 M com M com 25 25 mLmL de de HClHCl 00,,016 016 MM

11oo PP EE õõ b l db l d

es Q

uím

i 11oo PassoPasso: : EscrevaEscreva as as equaçõesequações balanceadasbalanceadasNHNH33((aqaq)) + H+ H33OO++

((aqaq) ) NHNH44++

((aqaq)) ++ HH22OO(l)(l)i ti t d d HClHCl

orm

açõe provenienteproveniente do do HClHCl

NHNH44++

((aqaq)) ++ HH22OO(l)(l) NHNH33((aqaq)) + H+ H33OO++((aqaq) )

–Tr

ansf

o

22oo PassoPasso: E: EstequiometriastequiometriaHClHCl idid 00 025 025 L L 00 016 016 l/L l/L 44 00 1010 44 ll

BC

0307

– HClHCl consumidoconsumido: : 00,,025 025 L x L x 00,,016 016 mol/L = mol/L = 44,,00xx1010--44 molmolNHNH33 consumidoconsumido: : 00,,025 025 L x L x 00,,016 016 mol/L = mol/L = 44,,00xx1010--44 molmol

B

ReaçãoReação 11::11::1 1 portantoportanto formamformam 44,,00xx1010--44 mol de NHmol de NH44++

emem 50 50 mLmL, , portantoportanto [NH[NH44++] = ] = 88,,00xx1010--33 MM

NHNH44++

(( )) ++ HH22OO(l) (l) NHNH33(( )) + H+ H33OO++(( ) )

33oo PassoPasso:: Monte Monte umauma tabelatabela de de concentraçõesconcentrações

NHNH44 ((aqaq)) ++ HH22OO(l) (l) NHNH33((aqaq)) + H+ H33OO ((aqaq) ) ca

s

33 PassoPasso:: Monte Monte umauma tabelatabela de de concentraçõesconcentrações[[NHNH44

++]] [[NHNH33]] [[HH33OO++] ] inicialinicial 00 008008 00 00

es Q

uím

i inicialinicial 00,,008008 00 00variaçãovariação --xx +x+x +x+xequilibequilib 00 008008 xx +x+x +x+x

orm

açõe equilibequilib.. 00,,008008--xx +x+x +x+x

44oo PassoPasso: : ResolvaResolva a a expressãoexpressão de de equilíbrioequilíbrio

–Tr

ansf

o

Ka = 5,6x10-10 = [H3O+][NH3] = (x)(x)[NH +] 0 008-x

BC

0307

– [NH4 ] 0,008-x

x = 2,1x10-6 M = [H3O+] = [NH3] B [ 3 ] [ 3]

pH = 5,67

é um caso especial de efeito de íon comum.

cas

resistem a mudanças no pH da solução. contém uma base capaz de consumir os íons H3O+

di i d á id d i i OH

es Q

uím

i adicionados e um ácido capaz de reagir com ions OH-

adicionado. O ácido e a base não devem reagir entre si

orm

açõe

O ácido e a base não devem reagir entre si.

É composto de:

–Tr

ansf

o

ÁcidoÁcido FracoFraco + + Base Base conjugadaconjugadaHOAcHOAc ++ OAcOAc--

HH POPO ++ HPOHPO 22

BC

0307

– HH22POPO44-- ++ HPOHPO44

22--

Base Base fracafraca + + ÁcidoÁcido conjugadoconjugadoNHNH33 ++ NHNH44

++B NHNH33 ++ NHNH44

cas

es Q

uím

ior

maç

õe–

Tran

sfo

BC

0307

–B

cas

es Q

uím

ior

maç

õe–

Tran

sfo

BC

0307

–B

LembraLembra? ? DefiniçãoDefinição de de pKpKaaff pp aaca

s

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

(aq)

es Q

uím

i

[H3O+][A-]

[AH][H2O]Keq =

orm

açõe

[AH][H2O]

Keq [H2O] = Ka

–Tr

ansf

o eq [ 2 ] a

[H3O+][A-]Ka =

BC

0307

– [AH]a

pKpK == --log(Klog(K ))B pKpKaa = = log(Klog(Kaa))

HXHX ((aqaq))+ H+ H22OO HH33OO++((aqaq)) + X+ X--

((aqaq))((aqaq)) 22OO 33OO ((aqaq)) ((aqaq))

[H3O+][X-]K =

cas

[HX][H2O]Ka =

es Q

uím

i

[HX][X-]

[H3O+] = Ka

orm

açõe

]HX[

–Tr

ansf

o

]X[]HX[loglog]OHlog[ -3

aK

BC

0307

–

]X[logpKpH

][-

BASE BASE

CONJUGADACONJUGADA

B

]HX[logpKpH a

ÁCIDOÁCIDO

cas

Como preparar um tampão de pH = 4,30?

es Q

uím

i

POSSIVEIS ACIDOSPOSSIVEIS ACIDOS KKaa

orm

açõe HSOHSO44

-- / SO/ SO4422-- 1,2 x 101,2 x 10--22

HOAcHOAc / / OAcOAc-- 1 8 x 101 8 x 10--55

–Tr

ansf

o HOAcHOAc / / OAcOAc 1,8 x 101,8 x 10HCN / CNHCN / CN-- 4,0 x 104,0 x 10--1010

BC

0307

–B

Qual o pH de um tampão HOAc / OAc- com [CH3CO2H] = 0,70 M e [CH3CO2

-] = 0,60 M? ca

s

CH3CO2H + H2O H3O+ + CH3CO2-

es Q

uím

i

[CH3CO2H] [H3O+] [CH3CO2-]

i i i li i i l 00 7070 00 00 6060

orm

açõe inicialinicial 00,,7070 00 00,,6060

variaçãovariação --xx ++xx +x+xequilibequilib 00 7070--xx ++xx 00 6060 +x+x

–Tr

ansf

o equilibequilib.. 00,,7070--xx ++xx 00,,60 60 +x+x

== 11 88 xx 1010--55[H3O+][CH3CO2-]

K =

BC

0307

– = = 11,,8 8 x x 1010 55[CH3CO2H]Ka =

Sabendo que 0,70>>>> x e 0,60>>>> xB q , ,

x = 2,1x10-5 M pH = 4,68

Concentração do ácido e da base conjugada não é importante para o valor de pH

O que importa é a razãorazão entre os números de mols de cada um!

cas

Logo, a diluição de um tampão nãonão alteraaltera o pH da solução.

es Q

uím

i

A capacidade do tampão é a quantidade de ácido ou base neutralizada pelo tampão antes que haja uma alteração

orm

açõe

neutralizada pelo tampão antes que haja uma alteração significativa no pH.

A capacidade do tampão depende da quantidade do ácido e

–Tr

ansf

o p p p qda base conjugada utilizada na composição do tampão.

Quanto maiores são as quantidades de pares ácido-base

BC

0307

–

conjugados, maior é a capacidade do tampão.

B

cas

es Q

uím

ior

maç

õe–

Tran

sfo

BC

0307

–B

cas

es Q

uím

ior

maç

õe–

Tran

sfo

BC

0307

–B

cas

pH > 7 no pontode equivalência. Devido a base

es Q

uím

i Devido a baseconjugada do ácido fraco

orm

açõe

–Tr

ansf

oB

C03

07 –

B

cas

es Q

uím

i

pH < 7 no pontode equivalência. Devido ao ácido

orm

açõe conjugada da

base fraca

–Tr

ansf

oB

C03

07 –

B

Onde estudar?Onde estudar?1) ATKINS, P., JONES, L., Princípios de Química - Questionando a Vida Moderna e o Meio Ambiente, 3 ed., Porto Alegre: Bookman, 2006.

2) KOTZ, J. C., TREICHEL Jr., P., Química Geral e Reações Químicas, Vol. 1 e 2, 1 ed., São Paulo:

cas

Thomson Pioneira, 2005.

3) BRADY, J., HOLUM, J.R., RUSSELL, J. W., Química - a Matéria e Suas Transformações, V. 2, 3 ed., Rio de Janeiro: LTC, 2003.

es Q

uím

i

4) BROWN, T.L., Le MAY Jr., H.E.; BURSTEN, B.E., Química - a Ciência Central, 9 ed., São Paulo: Pearson, 2005.

orm

açõe 5) BROWN, L. S., HOLME T.A., Química Geral Aplicada à Engenharia, São Paulo: Cengage, 2009.

6) HOLUM, J.R., RUSSELL, J. W., BRADY, J., Química - a Matéria e Suas Transformações, V. 1, 3 ed., Rio de Janeiro: LTC, 2002.

–Tr

ansf

o

7) MAHAN, B.M., MYERS, R.J., Química – um Curso Universitário, 4 ed., São Paulo: Ed. Blücher, 1996.

8) MASTERTON, W.L., Princípios de Química, 6 ed., Rio de Janeiro: LTC, 1990.

BC

0307

–

Conceitos que devem ser estudados: Ácido de Bronsted, ácido de Lewis Equiíbrio ácido-base constantes de acidez eB ácido de Lewis, Equiíbrio ácido base, constantes de acidez e basicidade, pKa e pKb, Tampão

Gabarito Lista 05 - Equilíbrio8 108. [H+] = 3,98 x 10-8 molL-1

[-OH] = 6,03 x 10-7 molL-1

09 a) pH = 3 01

cas

09. a) pH = 3,01. b) pH = 6,96.c) pOH = 2,52 e pH = 11,47.

es Q

uím

i

10. [H+] = 1,26 x 10-3 molL-1

[HOAc] = 8,8 x 10-2 mol L-1

orm

açõe

15. ~2,0.10-3 mol L-1

16 a) Para PbSO4 a [SO42-]= 1 6 x 10-6 mol L-1

–Tr

ansf

o 16. a) Para PbSO4 a [SO4 ] 1,6 x 10 mol LPara BaSO4 a [SO4

2-]= 1,1 x 10-8 mol L-1

b) [Ba2+]= 6,875 x 10-5 mol L-1

BC

0307

– 18. Kps= [Ni2+][OH-]2 [OH-]= 8,06x10-8 pH=6,91

Kps= [Mg2+][OH-]2 [OH-]= 1,05x10-4 pH=10

B

Kps= [Ca2+][OH-]2 [OH-]= 0,074 pH=12,87

19) Sulfato de cálcio. [Ca2+]= 3,02x10-3 mol L-1

Hidróxido de cálcio. [Ca2+]= 1,11.10-2 mol L-1Hidróxido de cálcio. [Ca ] 1,11.10 mol LFosfato de cálcio. [Ca2+]= 2,14x10-6 mol L-1

20) pH maior que 1,4, porém não pode ultrapassar a 8,9.

cas

) p q , , p p p ,

21) a) O Cu(OH)2precipita primeiro. pH = 5,25b) [Cu2+] = 1,6 x 10-7 mol/L.

es Q

uím

i

22) 1,73 mL

orm

açõe 23) pH= 5,06

24) 4,34 mol L-1

–Tr

ansf

oB

C03

07 –

B