EQUILÍBRIOS IÔNICOS

São os equilíbrios químicos que envolvem a participação de íons, normalmente obtidos pela ionização de um composto covalente como a água ou um ácido ou pela dissociação de uma base ou de um sal em meio aquoso.

EQUILÍBRIO NA ÁGUA PURA E PRODUTO IÔNICO DA ÁGUA.

A água pura sofre o processo de auto-ionização, gerando íons de mesmas concentrações, e o equilíbrio químico conforme a equação simplificada,

 a qual de modo mais completo e mais atual, segundo Brönsted-Lowry e Lewis seria representada por:

Utilizaremos a 1ª equação para próximas explicações a fim de facilitar o entendimento do aluno.

Experimentalmente detectou-se que a concentração de e derivadas dessa ionização, a 25ºC, são infinitamente pequenas, da ordem de , geradas por baixíssimo grau de ionização 

Podemos montar então uma expressão para a constante desse equilíbrio, em função do K_C.

Cálculo da concentração da água pura antes da ionização:

A quantidade de água que ioniza é tão menor (10⁷ mol/L) que não tem sentido diminuirmos da inicial para se achar a concentração da água no equilíbrio.

Diremos então que a [H₂O] é constante, logo se decidiu incorporá-la ao K_C, como o mostrado:

, gerando uma nova constante denominada K_w.

, que a (Produto iônico da água).

Podemos implementar o conceito de acidez e basicidade ao adicionarmos ácidos, bases e até certos sais em água e provar que o K_w se manterá constante em função do deslocamento do equilíbrio da água após essas adições.

Quando ocorrer:

ADIÇÃO DE UM MONOÁCIDO FORTE () EM ÁGUA

___________________

Esclarecimentos importantes sobre a ação acima:

Só haverá o equilíbrio iônico da água, pois o ácido está 100% ionizado.

O íon Cl^-1 não perturbará o equilíbrio e [H⁺] = [Cl^–].

O equilíbrio da água será deslocado para a esquerda, fazendo a diminuir abaixo de 10^-7 mol/L e portanto mantendo o produto iônico da água constante
(K_w = 10^-14)

Restabelecido o equilíbrio, teremos onde se justifica meio aquoso ácido.

A existente no equilíbrio agora, será a do ácido

ADIÇÃO DE MONOBASES FORTES  EM ÁGUA.

___________________

Esclarecimentos importantes sobre a ação acima:

OBSERVAÇÃO I

Caso sejam misturadas soluções ácidas (µ = 100%) com soluções básicas
(µ = 100%), a solução resultante será neutra quando o número de mols de H⁺ for igual ao número de mols de OH^–. Caso contrário, após a neutralização parcial, o íon que sobrar irá dar o caráter ácido ou básico à solução resultante da mistura.

OBSERVAÇÃO II

Para a adição de ácidos e bases com µ < 100% teremos o mesmo tipo de deslocamento do equilíbrio da água e K_w constante, porém outros equilíbrios iônicos serão considerados nos próximos módulos .

pH E pOH

O bio-químico dinamarquês Sörensen criou o conceito de pH, a fim de se trabalhar com as potências de 10 negativas, na maioria das vezes, utilizadas para expressar as concentrações de [H⁺] e [OH^–] dos meios aquosos. Para chegar a valores positivos, ele definiu:

Potencial hidrogeniônico e potencial hidroxiliônico

A partir do produto iônico, a 25º C, podemos chegar a uma relação geral entre pH e pOH, em soluções aquosas neutras, ácidas ou básicas, veja:

(aplicando log antes e log depois)

(aplicando uma  propriedade de log)

 (multiplicando-se a expressão por -1)

 pH    +  pOH = 14

Conclusão geral, a 25º C:

meio neutro:

meio ácido:

meio básico:

Exercícios resolvidos

01) Considere a tabela abaixo:

Valores de pH de uma série de soluções e substâncias comuns, a 25°C.

Pode-se afirmar que:

A) a cerveja tem caráter básico.

B) o suco de laranja é mais ácido, do que o refrigerante.

C) a água pura tem [H⁺] igual a [OH^–].

D) o amoníaco de uso doméstico tem [OH^–] menor do que [H⁺].

E) o vinagre é mais ácido do que o suco de limão.

RESPOSTA: C

Resolução:

A) Errado, pois o pH da cerveja esta entre 4 e 5 (pH<7), sendo então um produto ácido.

B) Errado, pois quanto menor o pH, mais ácido o produto será.

C) Correto, pois para a água pura teremos [H⁺]=[OH^–] em qualquer condição.

D) Errado, pois o amoníaco apresenta caráter básico (pH>7), logo [H⁺]<[OH^–].

E) Errado, pois o suco de limão apresenta pH entre 2 e 3, mais baixo que o pH do vinagre como mostra o quadro. Portanto o suco de limão é mais ácido. 

02) O valor do pH de uma solução aquosa de hidróxido de sódio (NaOH), totalmente dissociada, de concentração 0,002 mol/L, é:                                                                     

Dado : log 2 = 0,3     

A) 2,7             

B) 11,3              

C) 6,0             

D) 7,0               

E) 12,0

RESPOSTA: B

Resolução:

Esta monobase forte liberará OH^– em água, na concentração 0,002mol/L, portanto teremos que calcular o pOH primeiro.

pOH = – log [OH^–]  ;  pOH = -log 2.10^-3 à pOH = – (log 2 + log 10^-3) à pOH = – (0,3 – 3.log 10)

pOH = -0,3 + 3 à pOH = 2,7.

Como temos pH + pOH = 14, vem

pH + 2,7 = 14  à  pH = 11,3

03) Para neutralizar 50L de solução aquosa de HCl, 100% ionizado, a qual apresenta pH = 2, quantos gramas de NaOH são necessários?

Resolução:

Primeiro transformaremos o pH para concentração de H⁺:

pH = -log [H⁺] à -log [H⁺] = 2 à log [H⁺] = -2 à [H⁺] = 10^-2 mol/L

Acha-se agora o total de mols de H⁺ (=HCl) existente em todo o volume da solução:

10^-2 mol de H⁺ ——————– 1L de solução

x ——————— 50L de solução

x = 0,5mol de H⁺

Para ocorrer tal neutralização da solução, vem:

mols de H⁺(do HCl) = mols de OH^– = mols de NaOH, portanto 0,5 mol dessa base será o necessário;

1mol de NaOH ————– 40g

0,5 mol ————– m

m = 20g de NaOH (resposta final)