EQUILÍBRIOS IÔNICOS - iq.usp.br · Ácidos Quais são fortes? HCl, HBr, HI, HNO 3 HClO 4 e H 2SO 4 (apenas 1ªionização) Bases Quais são fortes? Hidróxidos 1A: LiOH, NaOH, KOH,

EQUILÍBRIOS IÔNICOS

ÁCIDO-BASE

SAIS POUCO SOLÚVEIS

ÍONS COMPLEXOS

Eletrólitos

Fortes Fracos

Ionizam/Dissociam completamente

Ionizam/Dissociam

parcialmente

Ex: HCl, NaNO3 Ex: HF, BaSO4

EQUILÍBRIOS ÁCIDO-BASE

Ácidos-Bases: Arrhenius

HCl(g) H+(aq) + Cl-(aq) H2O

NaOH(s) Na+(aq) + OH-(aq) H2O


Ionização

H-Cl

Ligação Covalente

Ruptura heterolíticaligação

H Cl

Solvatação


H3O+(aq)

(íon hidrônio)

H+ + H2O →→→→ H3O+

NaOH(s) Na+(aq) + OH-(aq) H2O

Dissociação

Ligação Iônica

Ruptura retículo cristalino

{Na+OH-}(s)

Solvatação

Na+(aq) + OH-(aq)

Amônia e o conceito de Arrhenius

NH3(g) NH4+(aq) + OH-(aq)

H2O

De onde vem o OH-???

Conceito de Bronsted-Lowry


NH3 + H2O →→→→ NH4+ + OH-

HCl + H2O →→→→ H3O+ + Cl-

Base

Base

Ácido

Ácido


Ácido: Doador de Próton

Base: Aceptor de Próton


Ácidos-Bases Fracos (eletrólitos fracos)

NH3 + H2O →→→→ NH4+ + OH-

Base Ácido

NH4+ + OH- →→→→ NH3 + H2O

Reação inversa

Ácido Base

NH3 + H2O �� NH4+ + OH-

Base1 Ácido2 Base2Ácido1


Ácidos-Bases Conjugados:

NH3 – NH4+

H2O – OH-

Par conjugado 1

Par conjugado 2

HF + H2O �� H3O+ + F-

Base1Ácido2Base2Ácido1


Ácidos-Bases Conjugados:

HF – F-

H2O - H3O+

Par conjugado 1

Par conjugado 2

NH3 + H2O →→→→ NH4+ + OH- HCl + H2O →→→→ H3O+ + Cl-

BaseBase ÁcidoÁcido

H2O

Propriedades Anfotéricas

AUTO-IONIZAÇÃO DA ÁGUA

H2O (l) + H2O (l) �� H3O+ (aq) + OH- (aq)

2

2

3

][

]][[

OH

OHOHK

−+

=

]][[ 3

−+

= OHOHKW

H2O = Líquido puro (a=1) /concentração constante

forma simplificada

]][[ −+

= OHHKW

[H3O+] = [OH-]= 1,0x10-7 mol.L-1

KW= [H3O+][OH-]= 1,0x10-14 mol.L-1

25ºC

T (°C) KW

0 1.1x10-15

10 2.9x10-15

25 1.0x10-14

37* 2.4x10-14

45 4.0x10-14

60 9.6x10-14

Dissolução de Ácidos ou Bases Fortes e KW

Solução aquosa 0,05 M HNO3

[H3O+]= ?

[OH-]= ?

HNO3 + H2O →→→→ H3O+ + NO3-2 H2O �� H3O+ + OH-

1x10-7 M 0,05 M

[H3O+]= 1x10-7 + 0,05≈≈≈≈ 0,05

KW= [H3O+][OH-]= 1,0x10-14 mol.L-1

KW= [0,05][OH-]= 1,0x10-14 mol.L-1

[OH-]= 2,0x10-13 mol.L-1

[OH-]> 1x10-7[H3O+] < 1x10-7[H3O

+] < [OH-]básica

[OH-]= 1x10-7[H3O+] = 1x10-7[H3O

+] = [OH-]neutra

[OH-]< 1x10-7[H3O+] > 1x10-7[H3O

+] > [OH-]ácida

25 ºCCondiçãoSolução

Classificação soluções ácido-base:

Escala de pH e pOH

pH= -log[H3O+]

pOH= -log[OH-]

[H3O+]= 10-pH

[OH-]= 10-pOH

H2O(l)pH= 7,0

pOH= 7,0

KW= [H3O+][OH-]= 1,0x10-14

-logKW= -log([H3O+][OH-])

-logKW= -log([H3O+] + (-log[OH-])

pKW= pH + pOH= 14,00

Solução 0,015 M Ca(OH)2

[H3O+]=? [OH-]=? pH=? pOH=?

Ca(OH)2 →→→→ Ca+2 + 2 OH-

[OH-]= 2x0,015= 0,030

pOH= -log[0,030]= -(-1,52)= 1,52

[H3O+][OH-]= 1,0x10-14

[H3O+][0,03]= 1,0x10-14

[H3O+]= 3,33x10-13 M

pH + pOH= 14,00

pH + 1,52= 14,00

pH= 12,48

[HCl]aq= 1,0x10-8 M

[H3O+]= 1,0x10-8 M pH= 8,0

????????

Achtung!!!

Attenzione!!!

Caution!!!

[] ácidos e bases fortes muito diluídos recaem ordem de grandeza [] iônica da auto-

ionização da água

2H2O �� H3O+ + OH-

x x

HCl + H2O →→→→ H3O+ + Cl-

1,0x10-8 1,0x10-8

[H3O+][OH-]= 1,0x10-14

(x+1x10-8)x= 1,0x10-14

x2 + 1x10-8x= 1,0x10-14

x2 + 1x10-8x - 1,0x10-14= 0

x= 9,5x10-8

[H3O+]= 9,5x10-8 + 1,0x10-8= 1,05x10-7 M pH= 6,98

7,00 – 6,98= 0,02 (unidades de pH)

Ácidos e Bases Fracas

Ácidos

Quais são fortes?

HCl, HBr, HI, HNO3 HClO4 e H2SO4 (apenas 1ª ionização)

Bases

Quais são fortes?

Hidróxidos 1A: LiOH, NaOH, KOH, RbOH, CsOH

Hidróxidos 2A: Sr(OH)2 e Ba(OH)2

Ácidos Fracos:

Praticamente todos os demais inorgânicos e os carboxílicos.

H3C CH C

O

OHOH

COHO

OC

O

CH3

C

O

OH

C

F

F

F

Ac. Lático Ac. Acetilsalicílico

Exceções, pex:

Trifluor acético

Moderado

H3C C

O

O H

H3C C

O

O-

H++

Ionização Ácido Carboxílico

Ânion Carboxilato

Compostos Orgânicos

Apenas ácidos carboxílicos são ácidos?

R-OH �� R-O- + H+

Ou

R-OH + H2O �� R-O- + H3O+

R-OH + OH- �� R-O- + H2O

Alcóxido

Bases Fracas:

Praticamente todos os demais hidróxidos metálicos e as aminas.

N HH

H

N CH3H

H

NH2

amônia metil-amina anilina

Ácido Fraco[H3O+] (10-2 - 10-7)

pH ≈≈≈≈ 2 - 7

Base Fraca[OH-] (10-2 - 10-7)

pH ≈≈≈≈ 12 - 7

Ka e Kb

HA(aq) + H2O(l) �� H3O+(aq) + A-(aq)

][

]][[ 3

HA

AOHKa

−+

= pKa= -logKa

CH3COOH(aq) + H2O(l) �� H3O+(aq) + CH3COO-(aq)

5

3

33 108,1][

]][[−

−+

== xCOOHCH

COOCHOHK

53 108,1][

]][[−

−+

== xHAc

AcOHK

B(aq) + H2O(l) �� BH+(aq) + OH-(aq)

][

]][[

B

OHBHKb

−+

= pKb= -logKb

NH3(aq) + H2O(l) �� NH4+(aq) + OH-(aq)

5

3

4 108,1][

]][[−

−+

== xNH

OHNHK

C

O

OH

C

H

H

HC

O

OH

C

H

H

C

H

H

H C

O

OH

H

Propanóico Acético Fórmico

Ka 1,3x10-5 1,8x10-5 1,8x10-4

pKa 4,89 4,74 3,74

Acidez Aumenta

pKa Diminui

Ácidos Polipróticos

H3PO4 + H2O �� H3O+ + H2PO4- Ka1= 7,5x10-3

H2PO4- + H2O �� H3O+ + HPO4

2- Ka2= 6,2x10-8

HPO42- + H2O �� H3O+ + PO4

3- Ka3= 3,6x10-13

Bases “Polipróticas”

CO32- + H2O �� HCO3

- + OH- Kb1= 2,1x10-4

HCO3- + H2O �� H2CO3 + OH- Kb2= 2,4x10-8

pH de Soluções Salinas/Hidrólise/Solvólise

Ácido forte

HX + H2O �� H3O+ + X-

KA>>1 KB<<1

X-: Base + Fraca (H2O)

HCl + H2O �� H3O+ + Cl-

Base muito fraca

Cl-(aq) + H2O →→→→ X

Não Ocorre

KW= [H+][OH-]= [1x10-7][1x10-7]

pH= pOH= 7

NaCl(aq)

HA + H2O �� H3O+ + A-

Ácido fraco KA<<1 KB>>1

A-: Base + forte

(H2O)

HAc + H2O �� H3O+ + Ac-

Ac-: Base + forte

Ac- + H2O →→→→ HAc + OH-

Ac-(aq) + H2O →→→→ ???

Ácido fraco

KW= [H+][OH-]= [<1x10-7][>1x10-7]

pH>7 pOH<7

NaAc(aq)


A- + H2O �� HA + OH-

Ânion de ácido fraco

Ácido fraco


NH3 + H2O �� NH4+ + OH-

Base fraca KB<<1 KA>>1

NH4+: Ácido + forte

(H2O)

NH4Cl(aq) →→→→ NH4+(aq) + Cl-(aq)

NH4+ + H2O →→→→ H3O+ + NH3

Base fraca

KW= [H+][OH-]= [>1x10-7][<1x10-7]

pH<7 pOH>7


E o que ocorre com NH4Ac???????

NH4+ + H2O →→→→ H3O+ + NH3

Ac- + H2O →→→→ HAc + OH-

pH depende dos valores de KA e KB


Hidrólise Íons Metálicos

Geralmente íons metais de transição

Veremos isso em íons complexos!!!!!!!!

Relacionando KA com KB da base conjugada

HCN + H2O �� H3O+ + CN-

Base conjugada

CN- + H2O �� HCN + OH-

][

]][[ 3

HCN

CNOHK A

−+

=

][

]][[−

−

=−

CN

HCNOHK

CN

B

][

]][[]][[ 3

−

−−+

=−

CN

HCNOHx

HCN

CNOHxKK

CN

BA

W

CN

BA KOHOHxKK ==−+

−

]][[ 3

Reações Ácido Base

1) Ácido Forte + Base Forte

H3O+ + OH- + Na+ + Cl- →→→→ 2 H2O + Na+ + Cl-

H3O+ + OH- �� 2 H2O

pH = pOH = 7

Solução Neutra

K= KW-1= 1,0x1014

H3O+ + OH- →→→→ 2 H2ODeslocamento

Deslocamento

2) Ácido Fraco + Base Forte

HCO2H + OH- �� H2O + HCO2-

OH- base muito + forte que HCO2-

Quantidades estequiométricas:

Resta: HCO2-

pH básico: depende KB HCO2-

HCO2- + H2O �� HCO2H + OH-

Deslocamento

3) Ácido Forte + Base Fraca

H3O+ + NH3 �� H2O + NH4+

H3O+ ácido muito + forte que NH4+


Resta: NH4+

pH ácido: depende KA NH4+

NH4+ + H2O �� NH3 + H3O+

Deslocamento

4) Ácido Fraco + Base Fraca

HAc + NH3 �� NH4+ + Ac-

HAc ácido muito + forte NH4+

NH3 base muito + forte Ac-Deslocamento


Resta: NH4+ e Ac-

pH depende:

KA NH4+

NH4+ + H2O �� NH3 + H3O+

KB Ac-

Ac- + H2O �� HAc + OH-

Efeito do Íon Comum

Sistemas Tampão

Cálculo [ ]EQ Ácido Fraco:

HAc 0,100 M (KA= 1,8x10-5)

HAc + H2O �� H3O+ + Ac-

In 0,1000 -- ---

-x +x +x

Eq: 0,100-x +x +x

52

3 108,1100,0)100,0(

))((

][

]][[−

−+

=

−

=

−

== xx

x

x

xx

HAc

AcOHK A

Supondo x<<<0,10 0,10-x= 0,10

52

108,1100,0

−

= xx

Para: 0,100-0,0013= 0,0987≈≈≈≈ 0,099 ≈≈≈≈ 0,100

Mxxxxx3562 103,1108,1108,1 −−−

====

E se a concentração inicial de HAc fosse 0,00250 M?????

Efeito do Íon Comum

HAc + H2O �� H3O+ + Ac-

Princípio de Le Chatelier aplicado soluções iônicas

+Ac-

Solução 0,10M HAc + 0,10M NaAc

HAc + H2O �� H3O+ + Ac-

In 0,10 -- ---

-x +x +x

Eq: 0,10-x +x 0,10+x

53 108,1)100,0(

)10,0)((

][

]][[−

−+

==

−

+== xx

x

xx

HAc

AcOHK A

[H3O+]= 1,8x10-5 M

[Ac-]= 0,10 M

Tampão

1) Componente que

neutralize ácidos2) Componente que

neutralize bases

Os componentes entre si não podem se neutralizar

HAcAc-

Tampão

� Um ácido fraco e sua base conjugada

� Uma base fraca e seu ácido conjugado

Ac- HAcOH-

Ac- HAc

H+

pH de soluções tampão

HA + H2O �� H3O+ + A-

][

]][[ 3

HA

AOHKa

−+

=

][

][log]log[log

][

][][

3

3

HA

AOHK

HA

AxOHK

A

A

−

+

−

+

−−=−

=

pKA pH

][

][log

][

][log

HA

ApKpH

HA

ApHpK

A

A

−

−

+=

−=

Equação de Henderson-Hasselbach

[Ácido]gada][BaseConju

log+= ApKpH

Sistema HAc/Ac-

pKAHAc

[Ac-] do sal

[HAc]

Sistema NH3/NH4+

pKANH4+

[NH3] da base conjugada

[NH4+] do sal

Condições para o efeito tampão

[base conjugada]/[ácido] 0,1 � 10

[HA] e [A-] > 100xKA

c-x≈≈≈≈ c

Indicadores Ácido-Base e Curvas de Titulação

Indicador Vermelho de Metila

Azul de Bromotimol

Fenolftaleína

HIn + H2O �� H3O+ + In-

Cor 1 Cor 2

][][

][

3

+

−

=

OH

K

HIn

In A

[In-]/[HIn]≥≥≥≥ 10

[In-]/[HIn] ≤≤≤≤ 10

Cor 2

Cor 1

Titulação Ácido Forte (HCl)

com

Base Forte (NaOH)

Titulação 100,0 mL HCl 0,100M vs NaOH 0,100M

Titulação Ácido Fraco (HAc)

com

Base Forte (NaOH)

Titulação 100,0 mL HAc 0,100M vs NaOH 0,100M

Titulação Base Fraca (NH3) com

Ácido Forte (HCl)

Titulação 100,0 mL NH3 0,100M vs HCl 0,100M

Comparação Curvas de Titulação Ácido Fraco e Base Fraca

Titulação Ácido Fraco (HAc) com

Base Fraca (NH3)

Titulação 100,0 mL HAc 0,100M com NH3 0,100M

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