Pi Principais i i Tópicos Abordados dd

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1 BC0307 Transfo ormaçõe es Químicas Pi Principais i i Tópicos Abordados dd.indústrias químicas: Processo Haber Equilíbrio químico: Lei de Ação das Massas e constante de equilíbrio. Fatores que afetam o equilíbrio químico. Kp e Kc; Processo Solvay Solubilidade, Kps; Equilíbrio ácido-base Sistema tampão

2 BC0307 Transformações Químicas

3 Definições de Ácidos e Bases Usanovich Eletrônica BC0307 Transfo ormaçõe es Quími cas Protônica Ionotrópica Arrhenius Lux Relações Conceituais Sistemas Solventes Relações Históricas Química Nova, 23 (1), 2000,

4 cas BC0307 Transfo ormaçõe es Quími Ácido: espécie que ao reagir com água produz íon H 3 O + (hidroxônio). SO 2 (g) + 2 H 2 O (l) H 3 O + (aq) + HSO 3- (aq) Base: espécie que ao reagir com água produz íons OH - (hidroxila). Na 2 O (s) + H 2 O (l) 2 Na + (aq) + 2 OH - (aq)

5 BC0307 Transfo ormaçõe es Quími cas Ácido: espécie doadora de H +. Base: espécie receptora de H +. Esta teoria prevê a formação de pares conjugados: NH 3 (aq) + H 2 O (l) NH 4+ (aq) + OH - (aq) Base Ácido Ácido Base HNO 2 (aq) + H 2 O (l) () NO 2- (aq) + H 3 O + (aq) Ácido Base Base Ácido ÁCIDOS E BASES ESTÃO RELACIONADOS ENTRE SI PELA PERDA OU GANHO DE H +

6 base ácido base ácido BC0307 Transformações Químicas

8 Ácido: receptor de par de elétrons. BC0307 Transfo ormaçõe es Quími cas Base: doador de par de elétrons. H + N H + H H + H N H Ácido H H Base Ácido de Lewis

14 H2 O () (l) + H2 O () (l) H3 O + (aq) + OH - (aq) cas BC0307 Transfo ormaçõe es Quími OH - Constante de Equilibrio = K w K w = [H + ][OH - = -14 o 3 O ] 1.00 x 10 a 25 C BKw [H H 3 O +

15 cas BC0307 Transfo ormaçõe es Quími Constante de Equilibrio = K w K w = [H 3 O + ] [OH - ] = 1.00 x a 25 o C Kw = [H + ] [OH - ] = [x][x] [H + ] = [OH - ] = 1,0 x 10 7 mol/l Ou: -log Kw= -log [H + ] + (- log [OH - ]) pkw = ph + poh ph + poh = 14,0 (notação mais prática!)

16 ph log[h O ] log[h ] poh log[oh - 3 ] cas BC0307 Transfo ormaçõe es Quími Qual o ph de uma solução M NaOH? NaOH é uma base forte! [OH - ]= 1.0x M [H 3 O + ] = 1.0 x M ph = - log g( (1.0 x ) = Solução Básica ph > 7 BpH Solução Neutra p = 7 Solução Ácida ph < 7

17 Escala de ph BC0307 Transformações Químicas

19 pka = -log Ka pkb = -log Kb BC0307 Transformações Químicas

20 Relação entre K a, K b, [H 3 O + ] e ph BC0307 Transfo ormaçõe es Químicas Grau de Ionização

23 BC0307 Transfo ormaçõe es Quími cas Os ácidos áid polipróticos têm mais de um próton ionizável; Os prótons são removidos em etapas: H 2 SO 3 (aq)) H + (aq)) + HSO - 3 (aq)) K a1 = 1.7 x 10-2 HSO - 3 (aq) H + (aq) + SO 2-3 (aq) K = -8 a2 6.4 x 10 É sempre mais fácil remover o primeiro próton em um áid ácido poliprótico do que o segundo. Conseqüentemente, t K a1 > K a2 > K a3 etc.

25 Tem-se 1.00 M HOAc. Calcule as concentrações de HOAc, H 3 O +, OAc - no equilíbrio i e oph. BC0307 Transfo ormaçõe es Quími cas HOAc + H 2 O H 3 O + + OAc - K a = 1.8x Passo: Defina as concentrações no equiílbrio [HOAc] [H 3 O + ] [OAc - ] inicial variação -x +x +x equilíbrio 1.00-x x x Note que [H 3 O + ] proveniente da H 2 O pode ser desconsiderado nesse caso

26 BC0307 Transfo ormaçõe es Quími cas Tem-se 1.00 M HOAc. Calcule as concentrações de HOAc, H 3 O +, OAc - no equilíbrio i e oph. HOAc + H 2 O H 3 O + + OAc Passo: Escreva a expressão de equilíbrio K a 1.8 x 10-5 = [H 3O + ][OAc - ] [HOAc] x x 3 0 Passo: Resolva assumindo que x é muito pequeno, uma vez que Ka <<< 0. K a 1.8 x 10-5 = x2 1.00

27 3 0 Passo: Resolva assumindo que x é muito pequeno, uma vez que Ka <<< 0. BC0307 Transfo ormaçõe es Quími cas x = [K a K a 1.8 x 10-5 = x ] 1/2 x = 4.2 x 10-3 M [H 3 O + ] = [OAc - ] = 4.2 x 10-3 M ph = - log [H[ 3 O + ] = -log (4.2 x 10-3 ) = 2.37

28 BC0307 Transfo ormaçõe es Quími cas Considere a expressão aproximada K a 1.8 x 10-5 = x P/ muitos ácidos fracos x [H 3 O + ] = [K a 1.00] 1/2 [H 3 O + ] = [base conj.] = [K a C o ] 1/2 Em que C 0 = conc. inicial i i de ácido Dica: Se 100 K a < C o, então [H 3 O + ] = [K a C o ] 1/2 Caso contrário temos que resolver a equação quadrática

29 cas BC0307 Transfo ormaçõe es Quími Calcule o ph de uma solução M de ác. fórmico, HCO 2 H. HCO 2 H + H 2 O HCO - 2 K a = 1.8 x 10-4 Solução aproximada + H 3 O + [H 3 O + ] = [K a C o ] 1/ 2 = 4.2 x 10-4 M, ph = Solução Exata [H 3 O + ] = [HCO 2- ] = 3.4 x 10-4 M [HCO 2 H] = x 10-4 = M B47 ph = 3.47 Portanto, nesse caso temos que resolver a expressão quadrática!

30 BC0307 Transfo ormaçõe es Quími cas Calcule o ph de uma solução 0.10 M de Na 2 CO 3. Na 2 CO 3 2 Na + + CO 2-3 CO H 2 O HCO - 3 base ácido ácido + OH - base K b = 2.1 x 10 1 o Passo: Monte uma tabela de concentrações [CO 2-3 ] [HCO 3- ] [OH - ] inicial 0, variação -x +x +x equilib. 0,10 10-x +x +x 10-4

31 cas BC0307 Transfo ormaçõe es Quími 2 o Passo: Resolva a expressão de equilíbrio K b = 2.1 x 10-4 = [HCO 3 - ][OH - ] [CO 3 2 ] x x Assuma que x 0.10 porque 100 K b < C o x = [HCO 3- = - ] [OH ] = M 3 o Passo: Calcule o ph [OH - ] = M poh = - log [OH - ] = 2.34 ph + poh = 14, Bp Portanto ph = 11.66,, e a solução é. BÁSICA

32 Calcule o ph da solução que resulta da mistura de 25 ml de NH 3 0, M com 25 ml de HCl 0, M BC0307 Transfo ormaçõe es Quími cas 1 o Passo: Escreva as equações bl balanceadas NH 3(aq aq) + H 3 O + (aq) NH + 4 (aq aq) +H 2 O (l) proveniente do HCl NH + 4 (aq aq) +H 2 O (l) NH 3(aq aq) + H 3 O + (aq 2 o Passo: Estequiometria HCl consumido: 0, L x 0, mol/l = 4,0x10-4 mol NH 3 consumido: 0, L x 0, mol/l = 4,0x10-4 mol Reação 1:1:1 portanto formam 4,0x10-4 mol de NH + 4 em 50 ml, portanto [NH 4+ ] = 8,0x10-3 M aq)

33 cas BC0307 Transfo ormaçõe es Quími NH + 4 (aq aq) + H 2 O (l) NH NH 3(aq aq) + H + 3 O (aq 3 o Passo: Monte uma tabela de concentrações [NH 4+ ] [NH 3 ] [H 3 O + ] inicial 0, variação -x +x +x equilib. 0, x +x +x 4 o Passo: Resolva a expressão de equilíbrio Ka = 5,6x10-10 = [H 3 O + ][NH 3 ] = (x)(x) [NH + 4 ] 0,008-x008-x Bx = 2,1x10-6 M = [H3O+] 3 = [NH3] ph = 5,67 aq)

34 BC0307 Transfo ormaçõe es Quími cas é um caso especial de efeito de íon comum. resistem a mudanças no ph da solução. contém uma base capaz de consumir os íons H 3 O + adicionados i d e um ácido áid capaz de reagir com ions OH - adicionado. O ácido e a base não devem reagir entre si. É composto de: Ácido Fraco + Base conjugada HOAc + OAc - H 2 PO HPO 2-4 Base fraca + Ácido conjugado NH 3 + NH + 4

37 Lembra? Definição de pk a A-H (aq) + H 2 O (l) H 3 O + (aq) + A - (aq) BC0307 Transfo ormaçõe es Quími cas [H 3 O + ][A - ] K eq = [AH][H 2 O] K eq [H 2 O] = K a K a = a [H 3 O + ][A - ] [AH] pk a = -log(k a )

38 HX aq)+ H (aq + H 2 2O H 3 3O + + X aq) - (aq aq) (aq aq) BC0307 Transfo ormaçõe es Quími cas K a = [H 3 O + ] = K a [H 3 O + ][X - ] [HX][H 2 O] [HX] [X - ] [HX] log[ H O ] log K log 3 a [X - ] ph pk [X ] log [HX] a - BASE CONJUGADA ÁCIDO

39 Como preparar um tampão de ph = 4,30? cas BC0307 Transfo ormaçõe es Quími POSSIVEIS ACIDOS K a HSO 4- / SO 2-4 1,2 x 10-2 HOAc / OAc - 1,8 x 10-5 HCN / CN - 4,0 x 10-10

40 Qual o ph de um tampão HOAc / OAc - com [CH 3 CO 2 H] = 0,70 M e [CH 3 CO 2- ] = 0,60 M? CH 3 CO 2 H + H 2 O H 3 O + + CH 3 CO 2 - BC0307 Transfo ormaçõe es Quími cas [CH 3 CO 2 H] [H 3 O + ] [CH 3 CO 2- ] inicial i i 0,70 0 0,60 variação -x +x +x equilib. 0,70 70-x +x 0,60 +x [H 3 O + ][CH 3 CO 2- ] K a = [CH 3 CO 2 H] = 1,8 x 10-5 Sabendo que 0,70>>>> x e 0,60>>>> x x = 2,1x10-5 M ph = 4,68

41 BC0307 Transfo ormaçõe es Quími cas Concentração do ácido e da base conjugada não é importante para o valor de ph O que importa é a razão entre os números de mols de cada um! Logo, a diluição de um tampão não altera o ph da solução. A capacidade do tampão é a quantidade de ácido ou base neutralizada pelo tampão antes que haja uma alteração significativa no ph. A capacidade do tampão depende da quantidade do ácido e da base conjugada utilizada na composição do tampão. Quanto maiores são as quantidades de pares ácido-base conjugados, maior é a capacidade do tampão.

44 cas BC0307 Transfo ormaçõe es Quími ph > 7 no ponto de equivalência. Devido a base conjugada do ácido fraco

45 ph < 7 no ponto de equivalência. Devido ao ácido conjugada da base fraca BC0307 Transformações Químicas

46 Onde estudar? 1) ATKINS, P., JONES, L., Princípios de Química - Questionando a Vida Moderna e o Meio Ambiente, 3 ed., Porto Alegre: Bookman, ) KOTZ, J. C., TREICHEL Jr., P., Química Geral e Reações Químicas, Vol. 1 e 2, 1 ed., São Paulo: Thomson Pioneira, BC0307 Transfo ormaçõe es Quími cas 3) BRADY, J., HOLUM, J.R., RUSSELL, J. W., Química - a Matéria e Suas Transformações, V. 2, 3 ed., Rio de Janeiro: LTC, ) BROWN, T.L., Le MAY Jr., H.E.; BURSTEN, B.E., Química - a Ciência Central, 9 ed., São Paulo: Pearson, ) BROWN, L. S., HOLME T.A., Química Geral Aplicada à Engenharia, São Paulo: Cengage, ) HOLUM, J.R., RUSSELL, J. W., BRADY, J., Química - a Matéria e Suas Transformações, V. 1, 3 ed., Rio de Janeiro: LTC, ) MAHAN, B.M., MYERS, R.J., Química um Curso Universitário, 4 ed., São Paulo: Ed. Blücher, ) MASTERTON, W.L., Princípios de Química, 6 ed., Rio de Janeiro: LTC, Conceitos que devem ser estudados: Ácido de Bronsted, ácido de Lewis, Equiíbrio ácido-base base, constantes de acidez e basicidade, pka e pkb, Tampão

47 08. [H + ] = 3,98 x 10-8 moll -1 [ - OH] = 6,03 x 10-7 moll -1 Gabarito Lista 05 - Equilíbrio BC0307 Transfo ormaçõe es Quími cas 09. a) ph = 3,01. b) ph = 6,96. c) poh = 2,52 e ph = 11, [H+] = 1,26 x 10-3 moll -1 [HOAc] = 8,8 x 10-2 mol L ~2, mol L a) Para PbSO 2- ]= a [SO 4 1,6 x 10 mol L Para BaSO 4 a [SO 2-4 ]= 1,1 x 10-8 mol L -1 b) [Ba 2+ ]= 6,875 x 10-5 mol L K ps = [Ni 2+ ][OH - ] 2 [OH - ]= 8,06x10-8 ph=6,91 K ps = [Mg 2+ ][OH - ] 2 [OH - ]= 1,05x10-4 ph=10 K ps = [Ca 2+ ][OH - ] 2 [OH - ]= 0,074 ph=12,87

48 19) Sulfato de cálcio. [Ca 2+ ]= 3,02x10-3 mol L -1 Hidróxido de cálcio. [Ca 2+ ]= 1, mol L -1 Fosfato de cálcio. [Ca 2+ ]= 2,14x10-6 mol L -1 20) ph maior que 1,4,,porém não pode ultrapassar a 8,9. cas BC0307 Transfo ormaçõe es Quími 21) a) O Cu(OH) 2 precipita primeiro. ph = 5,25 b) [Cu 2+ ] = 1,6 x 10-7 mol/l. 22) 1,73 ml 23) ph= 5,06 24) 4,34 mol L -1