Equilíbrio Iônico – Aula de revisão para Química Enem

Reação de autoionização da água

H₂O + H₂O H₃O⁺_(aq) + OH^–_(aq)

No equilíbrio

[H₃O⁺] = [OH^–] = 1,0 x 10^-7 mol/L 25ºC

K_w = [H₃O⁺] [OH^–]

K_w = 1,0 x 10^-14 25 ºC, constante de ionização da água

Equilíbrio ácido-base

Solução neutra: [H₃O⁺] = [HO^–]

[H₃O⁺] = 1,0 x 10^-7

[HO^–] = 1,0 x 10^-7

Solução ácida: [H₃O⁺] > [OH^–]

[H₃O⁺] > 1,0 x 10^-7 mol/L

[OH^–] < 1,0 x 10^-7 mol/L

Solução básica: [H₃O⁺] < [OH^–]

[H₃O⁺] < 1,0 x 10^-7 mol/L

[OH^–] > 1,0 x 10^-7 mol/L

Escala de pH

Concentração de íons H⁺ = expressa em termos do negativo do logaritmo decimal de sua concentração (mol/L) = pH

pH = – log[H₃O⁺]

pOH = – log[HO^–]

Na água neutra a 25 °C:

pH = pOH = 7,0 (meio neutro)

Em soluções ácidas:

[H⁺] > 1.0 ´ 10^-7; pH < 7,0.

Em soluções básicas:

[H⁺] < 1.0 ´ 10^-7; pH > 7,0.

-logK_w = -log[H₃O⁺] -log[OH^–]

pK_w = pH + pOH

pH + pOH = 14,00

Ácidos fortes

HCl_(aq) + H₂O_(aq) → H₃O ⁺_(aq) + Cl^–_(aq)

HCl em água= ácido forte (100 % ionizado)

Bases fortes

NaOH_(s) → Na⁺_(aq) + HO^–_(aq)

NaOH em água = base forte (100% dissociado)

Ácidos fracos

HA_(aq) + H₂O_(l) H₃O⁺_(aq) + A^–_(aq)

K_a=contante de dissociação do ácido

pK_a=-logK_a

Bases fracas

NH_3(aq) + H₂O_(l) NH₄⁺_(aq) + OH^–_(aq)

A constante de dissociação da base (K_b):

pKb=-logKb

Relação entre K_a e K_b

Ácido: HA + H₂O H₃O⁺ + A^– Ka

Base conjugada:

H₂O + A^– HA + OH^– Kb

2H₂O H₃O⁺ + OH^– K_W = K_a x K_b

pK_a + pK_b = pK_W

Quanto mais forte for o ácido, mais fraca a base conjugada.

Indicador ácido-base – são normalmente substâncias orgânicas de alto peso molecular, que mudam de cor em certa faixa de pH (chamado faixa de viragem do indicador).

Ex:

Fenolftaleína (pH 8-10)

Alaranjado de metila (pH 3,1-4,4)

Indicadores universais – papel de tornassol – ampla faixa de viragem, é possível observar mudança de cor em vários pHs e ter ideia aproximada do valor deste pela cor do papel.

pH-metro – o pH é medido eletronicamente

Solução tampão

• Uma solução tamponada resiste a uma mudança no pH quando ácidos ou bases são adicionados ou quando ocorre uma diluição.
• Consiste numa mistura de um ácido fraco e sua base conjugada.

Equação de Henderson-Hasselbalch

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Desafios 

Questão 1

Sabemos que o pH da água pura a 25ºC é igual a 7. Porém, as constantes de equilíbrio são alteradas com a temperatura, logo que a densidade e o número de mols da água por litro é alterado também. Considerando os valores da constante de ionização da água em função da temperatura:

Podemos afirmar que na água pura:

a) [H⁺] = [OH^–] a qualquer temperatura

b) [OH-] > 1 x 10^-7 a 298 K

c) [H+] < 1 x 10^-7 a 298 K

d) [OH-] < 1 x 10^-7 a 323 K

e) [H+] < 1 x 10^-7 a 323 K

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Questão 2

Para evitar que os meninos continuem urinando nas piscinas que devem estar em pH neutro, vem sendo usado um indicador na água, que passa de incolor para vermelho vivo no momento em que a acidez aumenta pela adição de ácido úrico. Considerando-se o volume de 4,5 litros de água de uma piscina atingindo por meio litro de urina contendo H⁺ na concentração 10^-3 mol/L, a variação de pH será aproximadamente:

a) 1 unidade.

b) 2 unidades.

c) 3 unidades.

d) 4 unidades.

e) n.d.a.

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Questão 3

A água mineral gasosa contém gás carbônico dissolvido na sua composição, sabe-se que a solubilidade dos gases em geral à temperatura ambiente é baixa, portanto, a alta taxa de CO_2(g) presente é causada pelo aumento da pressão durante o engarrafamento. Ao abrir uma garrafa, estamos igualando a pressão do seu interior com a pressão ambiente, por esse motivo a maior parte do gás dissolvido é expelido da solução.

Com base no enunciado e sabendo que o gás carbônico é um óxido de caráter ácido, podemos dizer que o pH da água mineral, após aberta em relação à garrafa fechada:

a) Diminui.

b) Aumenta.

c) Iguala-se a 0.

d) Não se altera.

e) Iguala-se a 7.

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Questão 4

Durante uma erupção vulcânica, são expelidos inúmeros gases na atmosfera, dentre eles, temos o SO₂ (dióxido de enxofre), SO₃ (trióxido de enxofre) e CO₂ (gás carbônico), em relação a esse fenômeno podemos afirmar EXCETO:

a) A acidez das chuvas aumentou durante um período.

b) Os gases emitidos pela erupção vulcânica poluíram a atmosfera.

c) A erupção decorrida pode ser considerada como um processo exotérmico.

d) O pH das chuvas será menor durante um certo período naquela região.

e) A fauna e a flora da região próxima ao vulcão será renovada.

Questão 5

O pH do sangue é estreitamente regulado dentro de uma faixa que vai de 7,35 a 7,45. O pulmão, através do processo da respiração, é um dos atuantes na regulação do ácido carbônico presente no sangue. O rim é outro atuante, podendo reabsorver bicarbonato üHCO^–₃ü, produzir prótons üH^üü e produzir ou consumir íons de amônio üNH^ü₄ü. Considere o equilíbrio que acontece no sangue:

CO_2ügüÜ H₂O^ü_ü H^ü _üaqüü HCO^–₃

Com base no exposto, é CORRETO afirmar que:

a) o aumento da concentração de gás carbônico leva a um aumento do pH do sangue.

b) a ingestão de bicarbonato de sódio deslocaria o equilíbrio para a direita se não fosse o efeito tamponante do sangue.

c) o aumento da frequência respiratória produz uma maior concentração de gás carbônico no sangue.

d) a reabsorção de bicarbonato pelo rim contribui para a diminuição do pH.

e) a retirada de gás carbônico durante o processo de respiração evita a diminuição do pH.