EQUILIBRIO IONICO Por Que Precis Amos Conhecer Este Assunto-1

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Equilbrio inico Elaborado por Antnio Adelino Quilala MOLCULA923382335 - [email protected] 1 MOLCULA Por queprecisamos conhecer este assunto? Os cidos e bases so os dois tipos mais comuns de substncias existentes no laboratrio e no mundo quotidiano. Precisamos saber como reconhec-los, quais so as suas reaces caractersticas. Veremos que o controle da acidez das guas da chuva, das guas naturais dos lagos e rios, e da gua corrente fornecida nas cidades necessrio para a sociedade humana. Quase todos os produtos de consumo que nos rodeiam como; tecidos sintticos, metais, plsticos fizeram uso de cidos e bases no decorrer da sua fabricao. No laboratrio, muitas das reaces que os qumicos realizam para estudar as propriedades das matrias ou identificar e criar novas classes de matria envolvem cidos e bases. Teoria de cido base Evoluo de conceitos Durante bastante tempo, cidos e bases foram definidos tendo em conta algumas propriedades detectadas pelos sentidos: um cido era azedo (como por exemplo vinagre)e uma base escorregadia ao tacto (como por exemplo o sabo). Estas definies apresentavam, contudo, muitas insuficincias. Foram necessrios os trabalhos de Arrhenius e de Ostwald, para dar origem a uma teoria sobre cidos e bases baseada na composio e em grupos funcionais dessas substncias. 1 Dissociao ( Ionizao) Comentrio -1 Suponha que voc coloque sal de cozinha em um copo com gua. Que acontece? Como voc sabe, o sal se dissolve. De acordo com Arrhenius, determinadas substncias, quando dissolvidas em gua, so capazes de se dissociar (separar) dando origem a partculas com cargas positivas (os caties), e partculas com cargas negativas (os anies). Equilbrio inico Elaborado por Antnio Adelino Quilala MOLCULA923382335 - [email protected] 2 MOLCULA 1.1 - Dissociao electroltica (Inizao): a decomposio (separao) de um electrlito em ies . XYX++Y- 1.2 - Os electrlitos que se dissociam de uma forma completa dizem-se fortes. Exemplo -1: NaCl Na++Cl 1.3 - Os electrlitos que se dissociam de uma forma incompleta dizem-se fracos. Nestas solues estabelece-se um equilbrio entre as partculas no dissociadas e ies resultante desta dissociao. Exemplo 2:Numa soluo de cido actico (HCH3COO) estabelece-se o equilbrio seguinte: HCH3COO +H2O H++CH3COO - Nota 1: Uma soluo electroltica electricamente neutra, ou seja, o nmero total de cargas positivas na soluo deve ser igual ao nmero total de cargas negativas. Exemplo -3 Represente o processo de dissociao (ionizao) dos compostos seguintes em gua: A)NaBrb) K2SO4 c) CaCl2d) Al2(SO4)3 Resoluo: a) NaBr+H2O Na++Br- b) K2SO4 +H2O 2K++SO42- c) CaCl2 +H2O Ca2++2Cl - d) Al2(SO4)3 +H2O 2Al3++ 3 SO42- Eletrlito: substncia cuja soluo conduz corrente eltrica. Ies: partculas com carga positiva ou negativa Equilbrio inico Elaborado por Antnio Adelino Quilala MOLCULA923382335 - [email protected] 3 MOLCULA Resumo-1: a) COMPOSTO S INICOS+ H2ODISSOCIAOSOLUO INICA(ELECTROLITO)ex: o salb) COMPOSTOS MOLECULARES+ H2OSOLUO NO ELECTROLITICAex: o aucarINIZAOSOLUO ELECTROLITICAex: o vinagre 1.4 Teoria de cido base segundo Arrhenius. Arrhenius definiu: Acido como uma substncia que contendo hidrognio, se dissocia em solues aquosas produzindo ies H+. Exemplo -2: HCl(aq) H+(aq)+Cl -(aq) Todas as propriedades e caracterstica das solues acidas seriam devido a presena destes ies (H+). Base uma substancia que tendo o grupo OH na sua molcula, se dissocia originando o io OH - em soluo aquosa. Exemplo -2: NaOH(aq) Na+(aq)+OH -(aq) Todas as propriedades e caracterstica das solues bsicas seriam devido a presena destes ies (OH -). A reaco de neutralizao: no fundo uma reaco de um cido (H+) e de uma base (OH-) com a formao de gua.Na+(aq)+OH -(aq)H2O Comentrio -2 Com base na teoria de Arrhenius, possvel interpretar muitas reaces em soluo aquosa. Como se explica o facto de o amonaco (NH3), cuja molcula no contem grupo OH, mas apresenta comportamento bsico em soluo aquosa? Para este caso a teoria de Arrhenius torna-se demasiado restrita. Equilbrio inico Elaborado por Antnio Adelino Quilala MOLCULA923382335 - [email protected] 4 MOLCULA 1.5 Teoria de cido base segundo Bronsted-Lowry (teoria protoltica). Acido uma espcie que cede protes (ies H+). Base uma espcie que recebe protes (ies H+) . Comentrio-3 Observe a reaco: HCH3COO + NH3 CH3COO-+ NH4+ Na reaco directa o HCH3COO comporta-se como um cido de Bronsted entregando o H+ ao NH3 que se comporta como uma base recebendo este proto (H+). Na reaco inversa (da direita para esquerda) o catioNH4+ cede o H+ comportando-se como um cido, ao passo que o anio CH3COO- recebe o H+ comportando-se como uma base. Os pares HCH3COO / CH3COO- e NH3 / NH4+ so chamados de pares cido-base conjugados, ou seja: O HCH3COO o cido conjugado da base CH3COO-. ONH3 a base conjugada do cido NH4+ Nota -2 Os cidos segundo a teoria de Bronsted so na maior parte dos casos molculas neutras (HCI, H2O etc.) ou caties (NH4+ +, H3O+, etc.) .. As bases podem ser anies (Cl-, OH-, etc.) ou molculas neutras (NH3, H2O,etc.). Ex- (para1.5): Escreve as frmulas dos cidos ou bases conjugadas das seguintes partculas em soluo aquosa: a) H2Sb)CO32- c)OH - d) H3O+e) SO42-f) Cl- Resoluo: a)H2S + H2O HS - + H3O+ o HS- a base conj. do cido H2S.(HS- /H2S). b) CO32- + H2O HCO3- + OH- o HCO3- o cido conj. da base CO32- .( HCO3-/ CO32-) c) OH a base conjugada do cido H2O. (OH /H2O) d) H3O+ o cido conjugado da base H2O. (H3O+/H2O) e) SO42- a base conjugada do cido HSO4-.( SO42-/ HSO4-) f) Cl- a base conjugada do cido HCl. (Cl-/HCl) 1.5.1. Se um determinado cido for fraco, a sua base conjugada ser forte, e vice-versa. Pesquisa de turma: teoria de cido base segundo Lewis Equilbrio inico Elaborado por Antnio Adelino Quilala MOLCULA923382335 - [email protected] 5 MOLCULA 1.6 Constante do produto inico da gua (KW) Na gua ocorre a seguinte reaco reversvel: H2O H+ + OH - Aplicando a lei de aco das massas ao equilbrio, vem ou | | | | | | + = OH H O H K2 Medies efectuadas a 25 C indicam que;

| | | | M x OH H710 0 , 1 += = Note-se que a quantidade de molculas de gua que sofre ionizao no extremamente elevada pelo que se pode considerar ' | |WK te cons O H K = = tan2 Esta constante de equilbrio (KW) o produto inico da gua | | | | + = OH H KW

Que a 25 C

( )2710 0 , 1= x KW Ou seja 1410 0 , 1= x KW O produto inico da gua aumenta com a temperatura isto , s depende da temperatura. S a 25 C que KW igual a 1,0x10 -14 1.7 - Se numa soluo a concentrao de H+ for igual a concentrao de OH -, a soluo ser Neutra. [H+] =[OH -] => Soluo Neutra. 1.8 - Se numa soluo a concentrao de H+ for maior que a concentrao de OH - , a soluo ser cida.[H+] > [OH -]=> Soluo cida. 1.9 - Se numa soluo a concentrao deH+ for menor que a concentrao de OH -, a soluo ser Bsica. [H+]< [OH -]=> Soluo Bsica. Obs-1 Devemos sempre nos recordar que o valor de Kw vria com a temperatura, s 25C que Kw = 1,0xl0-14 . EQUILBRIO DE CIDO BASE Vimos atrs que os electrlitos que se dissociam nas suas solues de uma forma incompleta dizem-se Fracos, e que nestas solues estabelece-se um equilbrio entre as molculas no dissociadas e os ies resultante desta dissociao. | | | || | O HOH HK2 +=Equilbrio inico Elaborado por Antnio Adelino Quilala MOLCULA923382335 - [email protected] 6 MOLCULA . Por exemplo numa soluo de cido actico,HCH3COO (que um cido fraco) estabelece-se o equilbrio seguinte: HCH3COO + H2O . H +(aq)+ CH3COO-(aq) Cuja constante de equilbrio de dissociao (Kd) dada por Nota-3: [ ] = Concentrao da substancia em questo. A [H2O] considerada constante, e no includa na expresso da constante de equilbrio de dissociao. Muitas vezes, usa-se Ka ou Kb no lugar de Kd para indicar que se trata da constante de equilbrio de um cido ou uma base. 2.1 - De uma forma geral a dissociao de um acido monoprtico , HX a constante de equilbrio de dissociao pode ser expressa como: HX H++X Nota-4: Quanto mais forte for o cido, maior ser a dissociao, donde maior ser o valor da constante de dissociao Kd. 2.2 Os cidos diprtico (por exemplo H2X) dissociam-se por etapas, e seus equilbrios de dissociao podem ser caracterizados por constante de | | | || | COO HCHCOO CH HKd33 +=| | | || | HXX HKd +=| | | || | X HX HK HX H X H21 2 + += + cido monoprtico: cidos que possuem apenas um hidrognio ionizvel. (HX) cido poliprtico: cidos que possuem mais de um hidrognio ionizvel. (HnX) Equilbrio inico Elaborado por Antnio Adelino Quilala MOLCULA923382335 - [email protected] 7 MOLCULA Para a dissociao global teramos: Nota-5:O valor de K1 sempre maior que o valor de K2, isto , o primeiro estagio da dissociao sempre mais completo que o segundo estagio. Os valores das constantes de ionizao de muitos cidos (Ka) j foram determinados experimentalmente e encontram-se tabelados mesmatemperatura. Por meio dos valores tabelados podemos comparar a fora desses cidos: Obs-2: Desenvolvimento semelhante pode ser aplicado as bases. YOH Y++OH 2.3 - O grau de dissociao(simbolizado habitualmente por ) definido como sendo o quociente (diviso) do nmero de mol ionizados(x) pelo nmero total de mol posto na soluo (C). W

2.4 - Lei de diluio de Ostwald. Ostwald teve a ideia de exprimir as concentraes que aparecem na expresso da constante de equilbrio em termos de grau de dissociao (ionizao). Considere o equilbrio de dissociao inica no caso mais simples, do electrlito do tipo HX vem o esquema:

HX H++ X Concentrao inicial C0 0 Variao da concentrao - x + x + xConc. no equilbrio (fim)C x x x Sendo

implica que o numero de moleculas dissociadaslogo teremos: | | | || | + + = + HXX HK X H HX222| | | || | X HX HK K K X H X Hglobal2222 1222 + += = + | | | || | YOHOH YKb +=Equilbrio inico Elaborado por Antnio Adelino Quilala MOLCULA923382335 - [email protected] 8 MOLCULA HX H++ X Conc. no equilbrio (fim) C CCC

Se o grau de dissociao for consideravelmente inferior a 1 ( ou se K, bastante pequeno, o valor de tambm ser pequeno) em clculos aproximados pode-se considerar que 1- 1e vem a expresso simplificada: Esta relao conhecida como expresso da lei da diluio de Ostwald e mostra que o grau de dissociao esta inversamente proporcional a raiz quadrada da concentrao do electrlito. Clculos das concentraes das espcies em equilbrio. Nos clculos de equilbrio a que considerar os seguintes casos (em alguns casos usaremos o cido actico no lugar de outros cidos fracos): 2.5 - Soluo de acido actico (HCH3COO) em gua. Quando a molcula de HCH3COO se dissocia, forma-se um H+ e um CH3COO -, considerando que o H+ fornecido pela agua desprezvel e que a nica fonte dos iesH+ o acido actico. Nesta soluo a: E que estas concentraes podem ser calculadas atravs da seguinte expresso: Ex- (para 2. 5): Dada uma soluo de HCH3COO 0,01M. Sabendo que Ka (HCH3COO) = 1,8x10 - 5 a) Qual a concentrao (no equilbrio) dos ies H+ e CH3COO nesta soluo? b)calcule o grau de dissociao (ionizao) deste cido. Resoluo: | | | || |( ) ( )( ) oooooo o== == +1 12 2 2CCCC CC CHXX HKaCKe C K seja ou CCKa= = ~= o o ooo2 221| | | | += COO CH H3| | | | | | | | 1003 3> = = = = + +aMM a M a M aKCcaso C K COO CH H seja ou C K COO CH e C K Ha a aEquilbrio inico Elaborado por Antnio Adelino Quilala MOLCULA923382335 - [email protected] 9 MOLCULA 1 Mtodo: a) HCH3COO+H2O .H +(aq)+ CH3COO-(aq) Concentrao inicial0,01 0 0 Variao da concentrao- x+ x+ xConc. no equilbrio (fim)0,01 xxx Como [ H+] = [ CH3COO -]entoa [ CH3COO -]= 4,2x10 -4M. 2 Mtodo: 2.6 - Soluo contendo o acido (HCH3COO) e o sua base conjugada (CH3COO-). Se o acetato de sdio (NaCH3COO) acrescentado a uma soluo de HCH3COO teremos os seguintes equilbrio na soluo resultante: HCH3COO+H2O .H +(aq)+ CH3COO-(aq) NaCH3COO+H2O .Na +(aq)+ CH3COO-(aq) Ser desprezada a quantidade de CH3COO - proveniente do acido , e se pode admitir que: (CH3COO - ) = concentrao do sal (NaCH3COO). A concentrao de H+ pode ser calculada atravs da expresso: HCH3COO+H2O .H +(aq)+ CH3COO-(aq) | | | || |01 , 0 01 . 0 10001 , 0 01 , 0233~ >=== +_____ _que significaKCsendoCOO HCHCOO CH HKaMa( ) | | M x H seja ou x x x4 4 52 2510 2 , 4 10 2 , 4 10 8 , 1 01 , 001 , 0 01 , 010 8 , 1 + = = = = ~= _ _ ____| | ( ) | | | |% 2 , 4 100 042 , 0 % 042 , 001 , 010 8 , 1)10 2 , 4 10 2 , 4 01 , 0 10 8 , 1 )52434 5= = =||.|

\|=||.|

\|= == = = = = + +x ouxCKC K bM x H COO CH e M x x C K H aMaM aM aao o o| |% 2 , 4 100 042 , 0 % 042 , 001 , 010 2 , 44= = = = = +x ouxCHMo oDespreza-se por ser extremamente pequena | | | || || || || || || || | salcidoK H ouCOO CHCOO HCK HCOO HCHCOO CH HKa a a = = =++ +3333 trata-se de um salforte , ou seja, dissocia-se completamenteEquilbrio inico Elaborado por Antnio Adelino Quilala MOLCULA923382335 - [email protected] 10 MOLCULA Ex- (para 2.6): calcule a concentrao dos ies H+ de uma soluo contendo 0,300 M de HCH3COO e 0,500 M em NaCH3COO. Dado ,Ka(HCH3COO) = 1,8x10 -5 Resoluo: Dados: [H+] = ? CM(cido) (HCH3COO) = 0,300 M CM(sal) (NaCH3COO) = 0,500 M Ka = 1,8x10 -5 2.7 - Na soluo de um cido forte a concentrao do io hidrognio (H+) igual a concentrao do prprio cido que lhe deu origem uma vez que o mesmo dissocia-se completamente em ies. [H+] =[cido] Ex- (para 2.7) : Calcule a concentrao dos H+ de uma soluo de HCl a 0,01 M ? Resoluo: Sendo o HCI um cido forte teremos que [H+] =[HCl] = 0,01M. 2.8 - Quando se mistura um acido forte com um cido fraco, considera-se como fonte dos ies H+ o cido forte, sendo desprezado a contribuio de H+ proveniente do cido fraco. HX (fraco) H++X- HY (forte)H++ Y- Ex- (para 2.8) : Calcule a [CH3COO -] de uma soluo que contem simultaneamente 0,100 M deH CH3COO e 0,050 M de HCl.Dada Ka(HCH3COO) = 1,8x10 -5 Io comum aqueleio que tanto pode vir de um cido (ou base)como de um salex; CH3COO- | || || || | M x H seja ou M x xsalcidoK Ha5 5 510 08 , 1 10 08 , 1500 , 0300 , 010 8 , 1 + += = = =Despreza-se por ser extremamente pequena | | | | | |SAL do cido do TOTALMCOO CH COO CH COO CHsim mais sal do comum io do acima f eita o aproxima a vlida no e cido do e provenient comum io do o concentra a despresa se noKCque em casos nos Nota + =((

~((

< 3 3 3, 100 : 6Equilbrio inico Elaborado por Antnio Adelino Quilala MOLCULA923382335 - [email protected] 11 MOLCULA Resoluo: De acordo com 2.7 podemos escrever que [H+] =[HCl] = 0,05M HCH3COO+H2O .H +(aq)+ CH3COO-(aq) 2.9 - Em uma soluo contendo dois cidos fracos, ser considerada como fonte primria de H+ o mais forte dos dois, a no ser que as duas K sejam muito prximas. Ex. (para 2.9): Calcule a concentrao de CN- de uma soluo que! simultaneamente 0,100 M de HCH3COO (Ka = 1,8x10-5) e 0,200 M HCN (K; = 4,8x10-10) Resoluo: HCH3COO+H2O .H +(aq)+ CH3COO-(aq) Ka = 1,8x10-5 HCN + H2O .H +(aq)+ CN-(aq)Ka = 4,8x10-10 Este problema semelhante ao anterior o HCH3COO (por ser mais forte) predomina sobre o HCN (que mais fraco) na formao de [H+] que se calcula atravs da expresso seguinte: 3.1 - Para calcular a[H+] usa-se a expresso: Ex: (para 3.1.2): Calcule a [H+] na soluo aquosa de 0,010 M de cido cloroacetico (HCH2CICOO).Dada Ka = 1,36x10-3 | | | || || || || |M x xHCOO HCK COO CHCOO HCHCOO CH HKa a5 5 333310 6 , 3050 , 0100 , 010 8 , 1 + += = = =| || || || |3103 510 34 , 1200 , 010 8 , 410 34 , 1 100 , 0 10 8 , 1+ + = == = =xxHHCNK CNespresso da atraves calculada CN de o concentra a e M x x C K HaM aa| | 100 : 1 . 1 . 3 > =+aMM aKCcaso C K Ha| | 10024: 2 . 1 . 32 7 25 CPH+POH=14 3.4 - Clculos de PH de cidos e de Bases Fortes ou Fracos. 3.4.1- PH de uma soluo aquosa de cidos fortes. O cido forte aquele que se dissocia quantitativamente (completamente) em ies. Por isso, para um cido forte (HCl04, HCI, HBr, HI, HN03, H2SO4 etc.) [H+]=Ca E para cido diprtico[H+]=2xCa Ex-(para 3.4.1): Calcule o PH de uma soluo aquosa de: a) HCI 0,01 b) H2S04 0,01 M a)Sendo o HCl um cido forte teremos que [H+] =[HCl] = 0,01M b)Sendo o H2S04 um cido forte e diprtico teremos que[H+] =2x[H2S04] = 0,02M | |( )M xx x x KC K KHM 3323 3 210 07 , 32010 , 0 10 36 , 1 4 10 36 , 1 10 36 , 124. 2 += + + =+ + =| | | |PHx H e H PH + += = 10 1 log : 1 . 2 . 3| | | |POHx OH e OH POH = = 10 1 log : 2 . 2 . 3| | ( ) 2 01 , 0 log log = = =+PH H PHEquilbrio inico Elaborado por Antnio Adelino Quilala MOLCULA923382335 - [email protected] 13 MOLCULA 3.4.2 - PH de uma soluo aquosa de bases fortes. [OH-] = concentrao da base. Ex (para 3.4.2): Calcule o PH de uma soluo aquosa 0,01 M de NaOH. Resoluo: 3.4.3 PHuma soluo aquosa de cidos fracos. Lembre-se que: Ex- (para 1): Calcule o PH de uma soluo aquosa de O,O1M de HCH3COO.Dado Ka(HCH3COO) = 1,8x10-5 Ex- (para 2) Calcule o PH em uma soluo aquosa de 0,010 M de cido cloroacetico (HCH2CICOO). Dada Ka =1,36x10 -3 Resoluo: | | ( ) 7 , 1 02 , 0 log log = = =+PH H PH| | ( )| | | | | || || | ( ) 12 10 0 , 1 log log10 0 , 101 , 010 0 , 112 2 14 142 01 , 0 log log121214= = == = = == = = += = = ++ +x H PHM xxOHKH OH H KouPH POH PH sendoPOH OH POHWW| | 100 : 1 > =+aMM aKCcaso C K Ha| | 10024: 22 7. 4: cido Fraco + Base Fraca = depende da fora do cido ou da base. Resumo de- 3.5.3: A soluo aquosa de um dado sal apresentar caractersticas cidas, bsicas ou neutras, de acordo com o carcter cido ou bsico dos ies que constituem o sal e da sua fora relativa perante a gua. 3.5.4 - A expresso para o clculo do PH de um sal pode ser deduzida atravs do seguinte raciocnio: | | | || |hidrlise de te cons K ondeCOO CHOH COO HCHKh htan33=| | | || || || || || | | || | | | vem K OH H eK H COO CHCOO HCHque sendoHHCOO CHOH COO HCHKWah= == ++ ++13333aWh WahKKK ou KKK = =1bWhKKK teremos fraca base uma de derivado anio um para =MkM hCKh ou h C K = =2Equilbrio inico Elaborado por Antnio Adelino Quilala MOLCULA923382335 - [email protected] 16 MOLCULA Considere o equilbrio de hidrlise: NH4+H++NH3 Conc. no equilbrio (fim)C hC hC hC Ex-3.5.4 - (para 1): Qual o PH de uma soluo de cloreto de amnio (NH4CI) 0,20 M. Dado Kb(NH3) = 1,8x10 -5 Resoluo: NH4CI NH4++ Cl -reaco de dissociao - O Cl provem de um cido forte (HCl), portanto ser uma base conjugada fraca e no reagira com gua. - O NH4+ provem de uma base fraca (NH3), portanto ser um cido conjugado forte e reagir com gua entregando um H+ : NH4+ + H2O NH3 + H3O+reaco de hidrlise Ex-3.5.4: (para 2) Qual o PH de uma soluo de acetato de potssio (KCH3COO) 0,10 M. Dado Ka(HCH3COO) = 1,8x10 -5. Resoluo: NaCH3COO + H2O Na+ + CH3COO- reaco de dissociao | | | || |WMPHaPHM WbMa WbM WbM WbWhM hMM hMMhMkMKCKC KKOH de f ormao a dar hidrolise de reaco a casoCK KPHH de f ormao a dar hidrolise de reaco a casoKC KPHseja ouKC KH que escrever podemosKKK que se lembrandoC KCC KCCKH que implicaCKh sendo C h H== = == = == = = =+++ +2221010: 3log : 2log : 15 97 , 410 8 , 102 , 0 10 1log log514~ = = =PHxxKC KPHbM WEquilbrio inico Elaborado por Antnio Adelino Quilala MOLCULA923382335 - [email protected] 17 MOLCULA - O Na+ provem de uma base forte (NaOH), portanto ser um cido conjugado fraco e no reagira com gua. - CH3COO -provem de um cido fraco (HCH3COO), portanto ser uma base conjugada forte reagira com gua recebendo um H+ : CH3COO -+ H2O HCH3COO+OH -reaco de hidrlise Ex-3.5.4- (para 3): O PH de uma soluo 1,0 M de nitrito de sdio (NaNO2 ) 8,65. Calcule Ka para o cido nitroso (HNO2 ). Resoluo : NaNO2+ H2ONa+ +NO2 -

reaco de dissociao NO2 -+ H2O HNO2+OH - reaco de hidrlise 3.6 - A concentrao hidrognionica de um io do tipo HX - que tanto pode se dissociar (1), como pode se hidrolisar (2) -;j' HX -+ H2O H++ X 2- (1) HX -+ H2O H2X

+ OH - (2) Pode ser calculada atravs da seguinte expresso: Ex-(para 3.6): Qual o PH de uma soluo aquosa 0,10 M de hidrognocarbonato de sdio (NaHCO3). Dada a Ka 1 (H2CO3) = 4,2x10 -7 eKa 2 (H2CO3 ) = 5,6x10 -11. Dissociao: HX -+ H2O H++ X 2- Ka 2= 5,6x10 -11 Nota-se que Kh > K2 ,ou seja, a soluo ser bsica devido o OH- produzido em maior quantidade na hidrolise. 387 , 810 , 010 8 , 1 10 1log log5 14= = = PHx xCK KPHMa W41465 , 8 2 210 510 10 , 1 10 10 === xx KCKxWMPHa| |2 1 a aK K H =+8111422 21122210 4 , 210 6 , 510 1:10 6 , 5 : + = = = + += + +xxxKKK OH X H O H HX hidrolisex K X H O H HX o dissociaaWha| | 31 , 8 10 6 , 5 10 2 , 4 log11 72 1= = = +PH x x PH K K Ha aEquilbrio inico Elaborado por Antnio Adelino Quilala MOLCULA923382335 - [email protected] 18 MOLCULA .7 - Se na soluo de um sal tanto o catio como o anio se hidrolisam, a concentrao hidrognionica pode ser calculada atravs da seguinte expresso: Ex-(para 3.7): Qual o PH de uma soluo 0,100 M de NH4OCN. Ka (HOCN) =2,2x10 -4Kb (NH3) = 1,8x10 -5. Resoluo: OCN - + H2OHOCN +OH- NH4 + + H2O NH3+H3O + 3.8 -Solues reguladora do PH - Soluo Tampo Comentrio-5 : O PH desolues vulgares vria de modo aprecivel, quandose diluem ou quando se adiciona pequenas quantidades de cido ou de base forte. H solues que possuem propriedade de conservarem constante o PH solues tampo. 3.8.1 - Solues Tampo so solues que possuem propriedades de manter constante ou quase constante o valor do PH perante a diluio ou adio de pequenas quantidades de cido ou base forte. 3.8.2 - A caracterstica principal de uma soluo tampo que na sua constituio, contem um cido fraco com a sua base conjugada (ou base fraca com o seu cido conjugado). Quando a elas se acrescenta uma pequena quantidade de cido forte, quase todo H+ acrescentado se combina com a quantidade equivalente de base fraca para formar o respectivo cido conjugado. Quando do outro lado, se acrescenta uma pequena quantidade de base forte, quase todo OH- acrescentado se combina com a quantidade equivalente do cido fraco para formar a respectiva base conjugada. 3.8.3 - Clculo do PH de uma soluo tampoO PH de uma soluo tampo pode ser calculado atravs do seguinte raciocnio: Para o cido HX o seu equilbrio de dissociao | | . demais diferentes forem K e K se ente principalmKK KHb aba W =+| | 46 , 610 8 , 110 2 , 2 10 1log log54 14= = == +PHxx xKK KPH se ouKK KHba Wba WEquilbrio inico Elaborado por Antnio Adelino Quilala MOLCULA923382335 - [email protected] 19 MOLCULA HX H++X Ou seja o PH de uma soluo tampo dado por: Esta expresso conhecida como Equao de Henderson - Hasselbalch. Nota-5:Se [cido] = [base-conjugada]=> PH = PKa Ex-(para 3.8.3): Calcule o PH antes e depois da adio de HCI 0,10 M a uma soluo na qual as concentraes de cido frmico (HCHO2) e do io formiato (CHO2- ) so iguais 1,00M. Ka(HCHO2) = 1,8x10 -5 Soluo: PH antes da adio do HCl: Para o cido frmico PKa = - log1,8x10- 4 = 3,74 Usando a equao de Henderson Hasselbalch: PH depois da adio de HCI (H+): o cido clordrico (HCI) reagira com a base conjugada (CHO2-): H+ + CHO2- HCHO2 Inicio:0,101,00 1,00 Fim 0 0,9 1,1 O novo PH ser: | | | || || || || || || || || | | ||.|

\| = |.|

\| = |.|

\| = = = +++ +XHXPK PHXHXK HXHXK Hvem por os ambos ndo multiplicaXHXK HHXX HKa a aa alog log log log log loglog| || | cidoconjugada basePK PH ouconjugada basecidoPK PHa a((

+ =((

= log log| | ( )( )74 , 3 tan74 , 3 0 74 , 300 , 100 , 1log 74 , 3 logde tampo do inicial PH o to porconjugada basecidoPK PHa= = =((

=| | ( )( )65 , 3 ) ( tan65 , 3 09 , 0 74 , 39 , 01 , 1log 74 , 3 logde tampo do HCl do adio da depois f inal PH o to porconjugada basecidoPK PHa= = =((

=Equilbrio inico Elaborado por Antnio Adelino Quilala MOLCULA923382335 - [email protected] 20 MOLCULA 3.9 Titulao cido - base e indicadores Comentrio-6 :Uma das aplicaes mais correntes das reaces cido - base so a determinao da concentrao de um cido (ou de uma base) por reaco com uma base (ou um cido) de concentrao rigorosamente conhecida. Este procedimento conhecido como titulao (de neutralizao) e a soluo cuja concentrao conhecida, designada por titulante ( uma soluo padro). Na titulao de uma soluo dum cido de concentrao desconhecida, um volume medido do cido adicionado ao frasco e uma soluo de concentrao conhecida de base, adicionada at que o ponto de equivalncia atingido. Este o ponto no qual quantidadesequivalentes do cido e da base foram misturados. Procedimento de uma titulao: Mede-se rigorosamente o volume de uma das solues que se coloca num balo erlenmeyer, e sobre ela deixa-se gotejar atravs de uma bureta a outra soluo at que se considere atingido o ponto de equivalncia. Do ponto de vista prtico, a deteco do ponto de equivalncia pode fazer-se usando um indicador apropriado, que, muda de cor para um valor de pH, o mais prximo possvel do ponto de equivalncia, assinalando o fim da titulao. 4.1 - Indicadores utilizados no mtodo da neutralizao. Comentrio -7 : como se sabe, a reaco de neutralizao no acompanhada de modificaes visveis como por exemplo uma alterao da cor da soluo .. Por isso. para se determinar o ponto de equivalncia, adiciona-se soluo titulada um indicador apropriado. Entre elas, pode citar-se o tornesol. o alaranjado de metilo (heliantina), a fenoftalena e muitos outros. Ponto de equivalncia: o ponto final de uma titulao. A colorao de cada um destes indicadores vira numa zona limitada e bem determinada dos valores do PH. Alem disso esta zona de viragem depende exclusivamente das propriedades do indicador escolhido e no da natureza do cido e da base que reagem. Por isso a viragem do indicador d-se regra geral. no rigorosamente no ponto de equivalncia mas para um valor que se afasta um pouco desse ponto, este afastamento provoca um erro, chamado erro do indicador de titulao. Equilbrio inico Elaborado por Antnio Adelino Quilala MOLCULA923382335 - [email protected] 21 MOLCULA Indicadores so cidos ou bases orgnicas fracas, tendo as molculas no dissociadas cor diferente da dos ies. HIn H++ In cor 1 cor 2 Se adicionarmos a esta soluo uma gota de um cido, por exemplo HCl o equilbrio acima indicado deslocar-se- para esquerda e fazendo com que a soluo apresente a cor 1 devido as molculas de HIn formada. Pelo contrrio se adicionarmos a soluo uma base, os ies OH- proveniente da base reagiro com os ies H+ proveniente da dissociao do indicador formando molculas de gua, o equilbrio de dissociao do indicador deslocar-se- para direita no sentido da formao de anies In- e a soluo apresentar a cor 2. Exerccio de titulao -1: titulao de cido forte e base forte. Calcule o pH de uma soluo HCl 0,100 M, quando a 25,0 ml se adicionou: a) 10,0 ml de NaOH 0,1 M. b) 25,0 m de NaOH 0,1 M, c) 35,0 ml de NaOH 0,1 M. Revoluo: a)1 calcula-se a concentrao do cido e da base aps a mistura: MVV CC NaOH P MV VV CVV CC V C V C HCl PARANaOH HCl03 , 00 , 3510 100 , 0/ 07 , 010 0 , 250 , 25 100 , 021 121 121 12 2 2 1 1~== =+=+== = 2 Calcula-se as concentraes das espcies aps a reaco: HCl+NaOHNaCl+ H2O Inicio0,07 0,030 Reaco- 0,03 - 0,03 + 0,03 Fim 0,04 00,03 3 Calcula-se o PH atravs da concentrao restante do cido clordrico: [H+] = CM(HCl) = 0,04 sendoPH = -log [H+] implica que PH = -log 0,04 PH = 1,4. b)1 calcula-se a concentrao do cido e da base aps a mistura: MVV CC NaOH P MV VV CVV CC V C V C HCl PARANaOH HCl05 , 00 , 500 , 25 100 , 0/ 05 , 00 , 25 0 , 250 , 25 100 , 021 121 121 12 2 2 1 1~== =+=+== = 2 Calcula-se as concentraes das espcies aps a reaco: Equilbrio inico Elaborado por Antnio Adelino Quilala MOLCULA923382335 - [email protected] 22 MOLCULA HCl+NaOHNaCl+ H2O Inicio0,05 0,050 Reaco- 0,05 - 0,05 + 0,05 Fim000,05 3: nesta altura, a soluo ser constituda por ies Na+ e Cl dispersos na gua sendo, pois, determinante para o clculo de PH da soluo, o equilbrio: H2O H++OH- Uma vez que os ies H+ e OH -, na soluo so proveniente exclusivamente deste equilbrio, fcil de concluir que neste ponto (ponto de equivalncia) o PH 7 (ler 1.6 2 1.7). c)1 calcula-se a concentrao do cido e da base aps a mistura: MVV CC NaOH P MV VV CVV CC V C V C HCl PARANaOH HCl06 , 00 , 600 , 35 100 , 0/ 04 , 00 , 35 0 , 250 , 25 100 , 021 121 121 12 2 2 1 1~== =+=+== = 2 Calcula-se as concentraes das espcies aps a reaco: HCl+NaOHNaCl+ H2O Inicio0,04 0,060 Reaco- 0,04 - 0,04 + 0,03 Fim0 0,02 0,04 3 Calcula-se o PH atravs da concentrao restante do hidrxido de sdio: [OH-] = CM(NaOH) = 0,02 sendoPOH = -log [OH-] implica que POH = -log 0,02 PH = 1,7. Exerccio de titulao -2: titulao de cido fraco e base forte. Calcule o pH de uma soluo HCH3COO 0,100 mol M, quando a 30 ml se adicionou, a) 15 ml de NaOH 0,1 M; b) 30 ml de NaOH 0,1 M; c) 45 ml de NaOH 0,1 M. DadoKa (HCH3COO) = 1,8x10-5 Resoluo: a)1 calcula-se a concentrao do cido e da base aps a mistura: MVV CC NaOH P MV VV CVV CC V C V C COO HCH PARANaOH COOl HCH03 , 00 , 450 , 15 100 , 0/ 07 , 00 , 15 0 , 300 , 30 100 , 021 121 121 12 2 2 1 1 33~== =+=+== = 2 Calcula-se as concentraes das espcies aps a reaco: Equilbrio inico Elaborado por Antnio Adelino Quilala MOLCULA923382335 - [email protected] 23 MOLCULA HCH3COO+NaOHNaCH3COO+ H2O Inicio0,07 0,030 Reaco- 0,03 - 0,03+ 0,03 Fim 0,040 0,03 3 analisando a composio do sistema (no fim) vemos que temos quantidade do cido ,HCH3COO, e do seu sal ( base conjugada) , NaCH3COO,ou seja estamos perante uma soluo tampo e o PH da soluo dado por: (ler 3.8.3) b)1 calcula-se a concentrao do cido e da base aps a mistura: MVV CC NaOH P MV VV CVV CC V C V C COO HCH PARANaOH COOl HCH05 , 00 , 600 , 30 100 , 0/ 05 , 00 , 30 0 , 300 , 30 100 , 021 121 121 12 2 2 1 1 33~== =+=+== = 2 Calcula-se as concentraes das espcies aps a reaco: HCH3COO+NaOHNaCH3COO+ H2O Inicio0,05 0,050 Reaco- 0,05 - 0,05+ 0,05 Fim000,05 3 analisando a composio do sistema (no fim) vemos que temos simplesmente a quantidade do sal , NaCH3COO cujo o anio CH3COO provem de um cido fraco,ou seja estamos perante um processo de hidrolise e o PH da soluo dado por: (ler 3.5.4) CH3COO -+ H2O HCH3COO+OH -reaco de hidrlise

| | ( )( )73 , 4 ) ( tan73 , 4 0125 , 0 74 , 403 , 004 , 0log 74 , 4 logde NaOH do adio da depois f inal PH o to porconjugada basecidoPK PHa= = =((

=72 , 805 , 010 8 , 1 10 1log log5 14= = = PHx xCK KPHMa WDebate para turma: (1) porque que o PH maior que 7? (2) Faa novamente o calculo do PH atravs da reaco de hidrolise, mostrando as concentraes inicias, a variao das concentraes e as concentraes de todas espcies no equilbrio. Equilbrio inico Elaborado por Antnio Adelino Quilala MOLCULA923382335 - [email protected] 24 MOLCULA Equilbrio inico Elaborado por Antnio Adelino Quilala MOLCULA923382335 - [email protected] 25 MOLCULA