Ácidos e bases em solução aquosa

Ácidos e bases em solução aquosa
Segundo Brǿnsted:
Ácidos: substâncias que têm tendência a perder um protão
Bases: substâncias que têm tendência a aceitar um protão
Segundo Lewis:
Ácido: substância que pode aceitar um par de electrões
Acidez real (ou actual) e Acidez total (ou analítica):
Acidez real: é a devida à concentração de iões H3O+ efectivamente
existente em solução;
Acidez total: quantidade de protões dissociáveis da molécula
Exemplo: ácido acético dissolvido em água (3.0 × 10−3 M)
A acidez real corresponde ao valor da (H+) efectivamente existente
(da ordem de 10−5)
Normalmente usa-se a designação pH para medir a acidez real
A acidez total corresponde ao total de moles de H+ existente na
solução. Neste caso, para 1 L de solução será 3.0 × 10−3 moles
Soluções ácidas:
(H+) > 10−7 M
Soluções básicas: (H+) < 10−7 M
Soluções neutras: (H+) = 10−7 M
Acidez real
Alguns valores de acidez real:
Tipo de Amostra
Valor do pH
Água pura
7.0
Vinagre
3.0
Sangue
~7.4
Suco gástrico
~1.5
Sumo de laranja
~3.5
Sumo de limão
~2.4
Se um sumo de laranja tem pH = 3.5, então (H+) = 10−3.5 M.
Força de ácidos e bases
Fortes e fracos:
Ácidos e bases fortes: Por definição dissociam-se
completamente em solução aquosa
Ex:
+
HCl ⇔ H + Cl
+
−
KOH ⇔ K + OH
−
A constante de equilíbrio para esta reacção é muito grande
Força de ácidos e bases
Fortes e fracos:
Ácidos e bases fracos: Por definição não se dissociam
completamente em solução aquosa.
Ácido fraco:
+
HA + H 2 O ⇔ H 3O + A
O mesmo que
+
HA ⇔ H + A
−
−
[
H ][A ]
=
+
Ka
−
[HA]
EX: Ácido acético e a maior parte dos ácidos carboxílicos,
RCO2H, ião amónio, NH +4
K a = 1.75 ×10 −5
(HA)
(A − )
Base fraca:
+
B + H 2 O ⇔ BH + OH
−
[
BH ][OH ]
=
+
Kb
[B]
−
EX: A maior parte dos aniões carboxílatos são bases fracas.
Aminas são bases fracas.
ex: Metilamina
CH 3 NH 2 + H 2 O ⇔ CH 3 NH 3+ + OH −
(B)
K b = 4.47 ×10 −4
(BH+)
O ião metilamónio é o ácido conjugado da base metilamina.
Força de ácidos e bases
Ácidos polipróticos e bases de ácidos polipróticos:
São compostos que podem doar ou aceitar mais que um
protão.
Ex: Ácido oxálico é um ácido diprótico
K a1 = 5.37 × 10 −2
Ácido oxálico
Hidrogeno oxalato
K a 2 = 5.42 ×10 −5
oxalato
Ex: O fosfato é uma tri-base
PO43− + H 2O ⇔ HPO42− + OH −
fosfato
K b1 = 2.3 × 10 −2
hidrogeno fosfato
HPO42− + H 2O ⇔ H 2 PO4− + OH −
K b 2 = 1.60 × 10 −7
Dihidrogeno fosfato
H 2 PO4− + H 2O ⇔ H 3 PO4 + OH −
Ácido fosfórico
K b 3 = 1.42 ×10 −12
Autoprotólise
Na autoprotólise uma substância actua
simultaneamente como ácido e como base
Ex: Autoprotólise da água
Kw
+
H 2 O + H 2 O ⇔ H 3O + OH
Hidrogenião
−
Ião hidroxilo
H 2 O ⇔ H + + OH −
Constante
de autoprotólise
da água
Kw=[H+][OH-]=1.0x10-14 a 25º C
Relação entre Ka e Kb
Existe uma importante relação entre o Ka e o Kb para um par
conjugado ácido-base em solução aquosa.
+
HA ⇔ H + A
−
−
+
Ka
A + H 2O ⇔ HA + OH
H 2O ⇔ H + + OH −
[
H ][A ]
=
−
−
[HA]
[A ]
= [H ][OH ]
Kb
Kw
K w = K a × Kb
[
HA][OH − ]
=
−
+
−
Cálculo do pH em soluções de ácidos
ou de bases fracos
Tratamento sistemático do equilíbrio:
Resolve todos os tipos de equilíbrios independentemente da
sua complexidade.
1- Escrever as reacções em jogo
2- Escrever o balanço de carga
3- Escrever as equações do balanço de massa
4- Escrever as expressões das constantes de equilíbrio para cada reacção química
5- Contar as equações e as incógnitas
(não podem haver mais incógnitas que equações)
6- Resolver o sistema para todas as incógnitas
Qual o pH de uma solução 0,0500M em ácido o-hidroxibenzóico
(Ka=1,07x10-3)
Reacções:
HA ⇔ H + + A −
+
H 2 O ⇔ H + OH
Balanço de cargas:
[H ] = [A ]+ [OH ]
+
Balanço de massa:
−
−
−
[ ]
C T = A + [HA ]
−
Expressões das constantes de equilíbrio:
[
H ][A ]
=
+
Ka
−
[HA]
[ ][
K w = H + OH −
]
Número de equações: 4
Número de incógnitas: 4
O problema tem solução
p[H]=2,17
Fracção de dissociação
Define-se como a fracção do ácido na forma de A-
[
A ]
α=
[A ]+ [HA]
−
−
Resolução do problema usando o Solver do Excel
-Resolver o sistema de equações, substituindo
todas as incógnitas excepto [H+] no balanço de cargas
[ ] [ ]
CT × K a
Kw
H = +
+ +
H + Ka H
+
[ ]
-Resolver esta equação usando o Solver do Excel