Produto Iônico da Água. - Equilíbrio Químico -Auto ionização da água -Balanços de carga e massa -Tratamento Sistemático 5/7/2012.

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1 Próximas Aulas -Ácidos e Bases -Forçados Ácidos -Soluções Tamponantes e Hidrólise - Volumetria Ácido-Base 1 Ácidos e Bases - Equilíbrio Químico -Auto ionização da água -Balanços de carga e massa -Tratamento Sistemático 2 Produto Iônico da Água H 2 O + H 2 O H 3 O + + OH - Ácido 1 Base 2 Ácido 2 Base 1 2 H 2 O H 3 O + + OH - K= [H 3O + ][OH - ] [H 2 O] 2 K [H 2 O] 2 = [H 3 O + ][OH - ] = K w 3 1

2 Produto Iônico da Água K w = [H 3 O + ][OH - ] K w = Constante do Produto IônicodaÁgua Tabela1. Variaçãode K w emfunçãodatemperatura. T ( C) K w 0 0, , , Produto Iônico da Água K w = [H 3 O + ][OH - ] Exercício: Calcule as concentrações dos íons hidrônio e hidróxidonaáguapuraa25 Cea100 C. 25 C: K w =1, C: K w = Exercício: Calcule as concentrações dos íons hidrônio e hidróxido e o ph e o poh de uma solução de NaOH0,200mol/L,a25 C. 6 2

3 TratamentoSistemáticodos Equilíbrios Químicos 7 Balançode Carga: demonstração algébrica da eletroneutralidade EXEMPLO 1. Suponha que uma solução contenha as seguintes espéciesiônicas:h +,OH -,K +,H 2 PO 4-,HPO 4,PO 4. Balançode Carga: [H + ] + [K + ] = [OH - ] + [H 2 PO 4- ] + 2 [HPO 4 ] + 3[PO 4 ] 8 Balançode Carga: demonstração algébrica da eletroneutralidade EXEMPLO 1. Suponha que uma solução contenha as seguintes espéciesiônicas:h +,OH -,K +,H 2 PO 4-,HPO 4,PO 4. Balançode Carga: [H + ] + [K + ] = [OH - ] + [H 2 PO 4- ] + 2 [HPO 4 ] + 3[PO 4 ] Se, no equilíbrio, as concentraçõesdas espéciesforem: [H + ] = 5, mol/l [K + ] = 0,0550 mol/l [OH - ] = 0,0020 mol/l [H 2 PO 4- ] = 1, mol/l [HPO 4 ] = 0,0220 mol/l [PO 4 ] = 0,0030 mol/l 9 3

4 EXEMPLO 1. Suponha que uma solução contenha as seguintes espécies iônicas: H +, OH -, K +, H 2 PO 4-, HPO 4, PO 4. Balançode Carga: [H + ] + [K + ] = [OH - ] + [H 2 PO 4- ] + 2 [HPO 4 ] + 3[PO 4 ] 5, ,0550 = 0, , (0,0220) + 3 (0,0030) 5, ,0550 = 0, , , ,0090 5, ,0550 = 0, , ,0550 = 0, EXEMPLO 2. Escreva o balanço de carga para uma solução contendo H 2 O, H +, OH -, ClO 4-, Fe(CN) 6-, CN -, Fe 3+,Mg 2+,CH 3 OH,HCN,NH 3 enh EXEMPLO 2. Escreva o balanço de carga para uma solução contendo H 2 O, H +, OH -, ClO 4-, Fe(CN) 6-, CN -, Fe 3+,Mg 2+,CH 3 OH,HCN,NH 3 enh 4+. Balançode Carga: EspéciesPositivas= [H + ] + 3[Fe 3+ ] + 2[Mg 2+ ] + [NH 4+ ] EspéciesNegativas= [OH - ] + [ClO 4- ] + [Fe(CN) 6- ] + [CN - ] As espéciesneutras(h 2 O,CH 3 OH, HCN, NH 3 ) não contribuemcom cargas, portanto, nãoentramno balanço de carga. 12 4

5 EXERCÍCIOS 1. Uma solução de NaOH foi preparada pela dissolução do reagente de interesse em água. O ph da solução resultante foiiguala7,2. A)Escrevaobalançodecargaparaestasolução. B) Determine o valor da concentração de OH - proveniente do reagente utilizado. 13 Balançode Massa: demonstração da conservação da matéria. EXEMPLO 1. Suponha que uma solução seja preparada pela dissolução de 0,050 mol de ácido acético em água, totalizando um volume de 1,00 L. CH 3 COOH CH 3 COO - + H + Balançode Massa: [CH 3 COOH] + [CH 3 COO - ] = 0,050 mol/l Produto dissociado Produto não dissociado Quantidade dissolvida na solução 14 Balançode Massa EXEMPLO 2. Suponha que uma solução seja preparada pela dissolução de 0,0250 mol de H 3 PO 4 em água, totalizando um volume de 1,00 L. H 3 PO 4 H 2 PO H + H 2 PO 4 - HPO 4 + H + HPO 4 PO 4 + H + Balançode Massa: [H 3 PO 4 ] + [H 2 PO 4- ] + [HPO 4 ] + [PO 4 ] = 0,0250 mol/l 15 5

6 Balançode Massa EXEMPLO 3. Escreva o balanço de massa para os íons K + e PO 4 em uma solução preparada pela mistura de 0,0250 mol de KH 2 PO 4 com 0,0300 mol de KOH e diluídaa1,00l. Balançode Massa parao íonk + : [K + ] = 0,0250 mol/l + 0,0300 mol/l = 0,0550 mol/l Balançode Massa parao íonpo 4 : [H 3 PO 4 ] + [H 2 PO 4- ] + [HPO 4 ] + [PO 4 ] = 0,0250 mol/l 16 EXEMPLO 4. Escreva o balanço de massa para a solução saturada do sal pouco solúvel Ag 3 PO 4, o qual produz(quandodissolve)íonsag + epo 4. Balançode Massa: [Ag + ] = 3 [PO 4 ] [Ag + ] = 3{[H 3 PO 4 ] + [H 2 PO 4- ] + [HPO 4 ] + [PO 4 ]} 17 Ácidos e Bases Fracas HA + H 2 O H 3 O + + A - K a = [H 3 O + ] [A - ] [HA] B + H 2 O HB + + OH - K b = [HB + ][OH - ] [B] 18 6

7 Equilíbriode ÁcidosFracos(HA): comoencontraro ph de umasoluçãodo ácidofracoha? Balançode carga: [H + ] = [A - ] + [OH - ] Balançode massa: F = [A - ] + [HA] Equilíbrios: F = concentração formal. HA + H 2 O H 3 O + + A - H 2 O H + + OH - 19 Equilíbriode ÁcidosFracos(HA): Balançode carga: [H + ] = [A - ] + [OH - ] QuandoKa >>Kw [A - ] >>[OH - ] Balançode carga: [H + ] [A - ] ConsiderandoF = [A - ] + [HA] e [A - ] = x [HA] = F -x K a = [H + ] [A - ] [HA] = (x) (x) F-x 20 Equilíbriode ÁcidosFracos(HA): F = 0,0500 M e Ka = 1, x 2 0,0500-x = 1, x 2 + (1, )x 5, = 0 x 1 = 6, x 2 = -7, (valor rejeitado) 21 7

8 Equilíbriode ÁcidosFracos(HA): x= 6, [HA] = F -x [HA] = 0,0500-6, [HA] = 0,0432 M ph = -log x = 2,17 [H + ] [A - ] é justificável? [H + ][OH - ] = Kw [OH - ] = Kw/[H + ] = 1, M x= [A - ] = 6, M [H + ] = [A - ] + [OH - ] 22 Fração de Dissociação(α) Definidacomoa fraçãodo ácidonaforma de A - α= [A - ] [A-] + [HA] x = x + (F x) = x F Exemplo: Calculeo valor de αparao ácidohidróxibenzóico 0,0500 M. Resposta: α = 0, Equilíbriode Bases Fracas (B): B + H 2 O HB + + OH - K b = [HB + ][OH - ] [B] Balançode carga: [OH-] = [HB + ] + [H + ] Balançode massa: F = [B] + [HB + ] [OH-] = [HB + ] = x [B] = F -x 24 8

9 Equilíbriode Bases Fracas (B): K b = (x) (x) F -x Exemplo: Calculeo ph e o valor de αparaa cocaína, com concentração formal igual a 0,0500 M. Kb = 2, Resposta: α = 1,01% 25 EXERCÍCIOS 1.Determine o ph e o grau de dissociação (α) de uma solução 0,100 mol/l de um ácido fraco com K a = 1, Determine o ph e o grau de dissociação (α) de uma solução 0,100 mol/l de um ácido fraco com Ka= 1, Uma solução de ácido benzóico 45 mmol/l tem um ph de 2,78. Calcule o Kadeste ácido Uma solução de um ácido fraco, HA, 45 mmol/l está 0,60% dissociado. Calcule o Ka deste ácido. 5. Determine o valor do K b de uma base fraca em uma solução 0,10 mol/l com ph = 9, Calcule o valor de K b para uma solução 0,10 mol/l de uma base fraca que está 2,0% hidrolisada. 27 9

10 Sistemas Tamponantes: Definições Conceituais 28 Definição: - Uma solução tampão consiste de uma mistura deumácidoesuabaseconjugada: ácido base ácido conjugado base conjugada Ou 29 Definição: - Uma solução tampão consiste de uma mistura deumabaseeseuácidoconjugado: base ácido ácido conjugado base conjugada 30 10

11 Ácido Fraco Base conjugada HA + H 2 O H 3 O + + A - pka= 4,00 0,10 -x x x pkb= 10,00 K a = [H 3 O + ] [A - ] [HA] 1, = (x) (x) (F x) x = 3, mol/l α= x F α= 0,031 3,1 % dissociado 31 Ácido Fraco Base conjugada A - + H 2 O HA + OH - 0,10 -x x x pka= 4,00 pkb= 10,00 K b = α= (x) (x) F -x x F x = 3, mol/l α= 3, HA + H 2 O H 3 O + + A - [H 3 O + ] [A - ] K a = [H 3 O + ] = [HA] K a [HA] [A - ] -log[h 3 O + [HA] ] = -log K a -log [A- ] [A ph = pka+ log - ] [HA] Equação de Henderson-Hasselbalch Hasselbalch 33 11

12 B + H 2 O HB + + OH - [HB + ] [OH - ] K b = [OH - ] = [B] K b [B] [HB + ] -log[oh - [B] ] = -log K b -log [HB+ ] [HB poh= pk b + log + ] [B] 34 12