equilíbrio Ácido-base bruno biscaia de góes, 15719 thaís bosquê hidalgo ribeiro, 15746 prof....
TRANSCRIPT
Equilíbrio Ácido-BaseEquilíbrio Ácido-Base
Bruno Biscaia de Góes, 15719Bruno Biscaia de Góes, 15719
Thaís Bosquê Hidalgo Ribeiro, 15746Thaís Bosquê Hidalgo Ribeiro, 15746
Prof. Dr. Élcio Rogério BarrakProf. Dr. Élcio Rogério Barrak
UNIFEIUNIFEIUniversidade Federal de ItajubáUniversidade Federal de Itajubá
Engenharia de Produção MecânicaEngenharia de Produção Mecânica
Tópicos AbordadosTópicos Abordados
Conceitos de ácido e base de Conceitos de ácido e base de Arrhenius, deArrhenius, de BrBrönstead-Lowry e de Lewisönstead-Lowry e de Lewis
Auto-Auto-ionizaçãoionização da da águaágua EscalasEscalas de pH de pH
IndicadoresIndicadores ácido-base ácido-base
Ácidos e bases: fortes e fracosÁcidos e bases: fortes e fracos
Caráter anfótero das substâncias Caráter anfótero das substâncias
A importância da A importância da apresentaçãoapresentação
Compreender os conceitos de ácido e de base Compreender os conceitos de ácido e de base de acordo com três teorias distintas, tendo de acordo com três teorias distintas, tendo em vista que essas substâncias se fazem em vista que essas substâncias se fazem fortemente presentes no cotidiano, bem fortemente presentes no cotidiano, bem como o conceito de pH, decorrente dos como o conceito de pH, decorrente dos
conceitos citadosconceitos citados
Ácidos e Bases: uma breve Ácidos e Bases: uma breve revisãorevisão
Ácidos e bases de ArrheniusÁcidos e bases de Arrhenius
Ácidos: Ácidos: Substâncias que produzem íons HSubstâncias que produzem íons H+ + em meio em meio aquoso.aquoso.
HCl HCl H H++ + Cl + Cl--
Bases:Bases:Substâncias que produzem íons OHSubstâncias que produzem íons OH-- em meio em meio aquosoaquoso. .
NaOH NaOH Na Na++ + OH + OH--
HH22OO
HH22OO
Ácidos e Bases de Brönsted-Ácidos e Bases de Brönsted-LowryLowry
O íon HO íon H++ em água em água
• Um íon HUm íon H++ pode ser considerado simplesmente um pode ser considerado simplesmente um prótonpróton
• Reações ácido-base envolvem transferência de Reações ácido-base envolvem transferência de íons Híons H++ de uma espécie química para outrade uma espécie química para outra
HCl HCl (g)(g) + H + H22O O (l)(l) H H33OO++(aq)(aq) + Cl + Cl--
(aq)(aq)
• Ácido de BrÁcido de Bröönsted-Lowry: espécie que pode nsted-Lowry: espécie que pode ceder um ceder um prótonpróton• Base de BrBase de Bröönsted-Lowry: espécie que pode nsted-Lowry: espécie que pode receber um receber um próton cedido por outrapróton cedido por outra
Reações de transferência de prótonReações de transferência de próton
Espécie anfóteraEspécie anfótera:: substância ou íon capaz de substância ou íon capaz de agir agir como ácido ou como basecomo ácido ou como base
Pares ácido-base conjugadosPares ácido-base conjugados
Base conjugadaBase conjugada: Formada pela remoção de um : Formada pela remoção de um próton de seu ácido conjugado.próton de seu ácido conjugado.
Ácido conjugadoÁcido conjugado: Formado pela adição de um : Formado pela adição de um próton à sua base conjugada.próton à sua base conjugada.
NHNH33 + H + H22O O NH NH44++ + OH + OH--
Remover HRemover H++
Adicionar Adicionar HH++
Base Ácido
Ácido conjugado
Base conjugada
Na práticaNa prática
Exercício resolvidoExercício resolvido
O íon sulfito, HSOO íon sulfito, HSO33--, é anfótero. , é anfótero.
(a)(a) Escreva a equação entre HSOEscreva a equação entre HSO33- - e a água, na e a água, na
qual o íon qual o íon age como ácido. age como ácido.
(b) Escreva a equação da reação entre HSO(b) Escreva a equação da reação entre HSO33-- e a e a
água, na água, na qual o íon atua como base.qual o íon atua como base.
(a) HSO(a) HSO33- -
(aq)(aq) + H + H22O O (l)(l) ↔ SO↔ SO332-2- (aq)(aq) + H + H33OO++ (aq)(aq)
BaseÁcido Ácido conjugadoBase conjugada
(b) HSO(b) HSO33- -
(aq)(aq) + H + H22O O (l) (l) ↔ H↔ H22SOSO33 (aq)(aq) + OH + OH- - (aq)(aq)
ÁcidoBase Base conjugadaÁcido conjugado
Forças relativas de ácidos e basesForças relativas de ácidos e bases
• Quanto mais forte o ácido, mais fraca é sua Quanto mais forte o ácido, mais fraca é sua base base conjugada.conjugada.
• Quanto mais forte a base, mais fraco é seu Quanto mais forte a base, mais fraco é seu ácido ácido conjugado.conjugado.
Em toda reação ácido-base, a posição de Em toda reação ácido-base, a posição de equilíbrio favorece a transferência do próton e equilíbrio favorece a transferência do próton e sempre do ácido mais forte para a base mais sempre do ácido mais forte para a base mais
forte.forte.
Na práticaNa prática
Exercício ResolvidoExercício Resolvido
Determinar se na seguinte reação de transferência Determinar se na seguinte reação de transferência de próton o equilíbrio está mais deslocado para a de próton o equilíbrio está mais deslocado para a direita ou para a esquerda.direita ou para a esquerda.
HSO4-
(aq) + CO32- (aq) ↔ SO4
2- (aq) + HCO3- (aq)
Como o HSOComo o HSO44- - é ácido mais forte que o HCOé ácido mais forte que o HCO33
--, pela , pela regra enunciada anteriormente o equilíbrio está regra enunciada anteriormente o equilíbrio está deslocado para a direita.deslocado para a direita.
Auto-ionização da águaAuto-ionização da água
O processo pode ser representado pela O processo pode ser representado pela equação simplificada: equação simplificada:
HH22O O (l)(l) ↔ H↔ H++ (aq)(aq) + OH + OH-- (aq)(aq)
O produto iônico da águaO produto iônico da água
Keq = [H+][OH-]
Kw = [H+][OH-] = 1,0 10-14 (a 25ºC)
A escala de pHA escala de pH
• Indica o grau de acidez, neutralidade ou Indica o grau de acidez, neutralidade ou alcalinidade alcalinidade de um meio qualquer.de um meio qualquer.
pH = -log [HpH = -log [H++]]pOH = -log [OHpOH = -log [OH--]]
pH + pOH = 14 (a 25°C)pH + pOH = 14 (a 25°C)
Observação: A regra para usar os algarismos Observação: A regra para usar os algarismos significativos com logaritmo é de que o número de significativos com logaritmo é de que o número de casas decimais nos logaritmos deve ser igual ao casas decimais nos logaritmos deve ser igual ao número de algarismos significativos no número número de algarismos significativos no número originaloriginal
• Relações entre [H+], [OH-] e pH a 25°C:
Solução [H+] (mol/L)
[OH-] (mol/L) pH
Ácida > 1,0 ∙ 10-7
< 1,0 ∙ 10-7 < 7,00
Neutra = 1,0 ∙ 10-7
= 1,0 ∙ 10-7 = 7,00
Básica < 1,0 ∙ 10-7
> 1,0 ∙ 10-7 > 7,00
MedindoMedindo o pH o pH
Medidor de pH digitalMedidor de pH digital
Indicadores ácido-baseIndicadores ácido-base
Exemplos: papel de tornassol, alaranjado de metila, fenolftaleína
Ácidos e bases Ácidos e bases fortesfortes
• Os ácidos e as bases fortes são eletrólitos, existindo Os ácidos e as bases fortes são eletrólitos, existindo em solução aquosa, inteiramente como íonsem solução aquosa, inteiramente como íons
• Os ácidos fortes mais comuns são: HCl, HBr, HI, Os ácidos fortes mais comuns são: HCl, HBr, HI, HNOHNO33, HClO, HClO33, HClO, HClO44 e H e H22SOSO4.4. E em uma solução E em uma solução aquosa o ácido é normalmente a única fonte aquosa o ácido é normalmente a única fonte significativa de íons Hsignificativa de íons H++
• As bases fortes, solúveis, mais comuns, são da família As bases fortes, solúveis, mais comuns, são da família dos metais alcalinos (grupo 1A) e alcalino-terrosos dos metais alcalinos (grupo 1A) e alcalino-terrosos (grupo 2A)(grupo 2A)
Ácidos fortes Ácidos fortes comunscomuns
Bases Fortes comunsBases Fortes comuns
Clorídrico, HClClorídrico, HClHidróxidos dos metais 1A (LiOH, Hidróxidos dos metais 1A (LiOH,
NaOH, KOH, RbOH, CsOH)NaOH, KOH, RbOH, CsOH)
Hidróxidos dos metais mais pesados Hidróxidos dos metais mais pesados do grupo 2A (Ca(OH)do grupo 2A (Ca(OH)22, ,
Sr(OH)Sr(OH)22,Ba(OH),Ba(OH)22))
Bromídrico, HBrBromídrico, HBrIodídrico, HIIodídrico, HI
Clórico, HClOClórico, HClO33
Perclórico, Perclórico, HClOHClO44
Nítrico, HNONítrico, HNO33
Sulfúrico, HSulfúrico, H22SOSO44
Ácidos fracosÁcidos fracos• A maioria das substâncias ácidas é ácido fraco e A maioria das substâncias ácidas é ácido fraco e ioniza-se ioniza-se parcialmente em soluções aquosas. parcialmente em soluções aquosas. • É comum utilizar-se a constante de equilíbrio da É comum utilizar-se a constante de equilíbrio da reação de reação de ionização para quantificar o grau de ionização para quantificar o grau de ionização do ácido em ionização do ácido em questãoquestão
• Para um ácido fraco genérico (HA), temos:Para um ácido fraco genérico (HA), temos:
HA HA (aq)(aq) H H+ + (aq)(aq) + A + A--
(aq)(aq)
• Então para o equilíbrio temos a constante de Então para o equilíbrio temos a constante de dissociação ácida (Kdissociação ácida (Kaa):):
KKaa = [H = [H++][A][A--]/[HA]]/[HA]
↑↑KKaa mais forte é o mais forte é o ácidoácido
No caso de compostos orgânicos, o No caso de compostos orgânicos, o comportamento ácido deve-se aos átomos de comportamento ácido deve-se aos átomos de hidrogênio ligados aos átomos de oxigêniohidrogênio ligados aos átomos de oxigênio
Exercício ResolvidoExercício Resolvido
Calcular o pH de uma solução de ácido acético Calcular o pH de uma solução de ácido acético 0,30 mol/L, a 25ºC0,30 mol/L, a 25ºC
1º passo: escrever a equação de equilíbrio da 1º passo: escrever a equação de equilíbrio da ionizaçãoionização
2º passo: escrever a expressão da constante de 2º passo: escrever a expressão da constante de equilíbrio (pela tabela, temos Kequilíbrio (pela tabela, temos Kaa = 1,8 = 1,8 10 10-5-5))
KKaa = [H = [H++] ] [C [C22HH33OO22--] ] // [HC [HC22HH33OO22] = 1,8 ] = 1,8 10 10-5-5
Na práticaNa prática
HCHC22HH33OO22 (aq)(aq) ↔ H ↔ H++ (aq)(aq) + C + C22HH33OO22--
(aq)(aq)
3º passo: obter as concentrações das espécies 3º passo: obter as concentrações das espécies químicas participantes do equilíbrio químicas participantes do equilíbrio
InicioInicio 0,300,30 00 00
VariaçãoVariação - xx + x+ x + x+ x
EquilíbrioEquilíbrio (0,30 – x)(0,30 – x) xx xx
HCHC22HH33OO22 (aq)(aq) ↔ H ↔ H++ (aq)(aq) + C + C22HH33OO22--
(aq)(aq)
4º passo: colocar as concentrações do equilíbrio 4º passo: colocar as concentrações do equilíbrio na expressão da constante de equilíbriona expressão da constante de equilíbrio
KKaa = (x) (x) = (x) (x) // (0,30 – x) = 1,8 (0,30 – x) = 1,8 10 10-5-5
x = [Hx = [H++] = 2,3 ] = 2,3 10 10-3-3 M M
5º passo: calcular o pH5º passo: calcular o pH
pH = - log (2,3 pH = - log (2,3 10 10-3-3) = 2,64) = 2,64
• Muitos ácidos têm mais de um átomo de H ionizável, Muitos ácidos têm mais de um átomo de H ionizável, os quais são chamados de os quais são chamados de ácidos polipróticosácidos polipróticos..
Exemplo:Exemplo:
HH22SOSO3(aq) 3(aq) H H++(aq) (aq) + HSO+ HSO33
--(aq)(aq) KKa1a1 = 1,7 = 1,7 10 10-2-2
HSOHSO33--(aq) (aq) H H++
(aq) (aq) + SO+ SO332-2-
(aq)(aq) KKa2a2 = 6,4 = 6,4 10 10-8-8
HH22SOSO3(aq) 3(aq) 2 H 2 H++(aq) (aq) + SO+ SO33
2-2-(aq)(aq)
KaKa11 > Ka> Ka22 > > KaKa33
Bases Bases fracasfracas
• As bases fracas reagem com a água, abstraindo prótons da As bases fracas reagem com a água, abstraindo prótons da mesma. Desta forma temos, para uma base fraca genérica mesma. Desta forma temos, para uma base fraca genérica (B):(B):
BB(aq)(aq) + H + H22O O HB HB++ + OH + OH--(aq)(aq)
• A expressão da constante de equilíbrio (KA expressão da constante de equilíbrio (Kbb), fica:), fica:
KKbb = [HB = [HB++][OH][OH--]/[B]]/[B]
• Muitas substâncias comportam-se como bases em água Muitas substâncias comportam-se como bases em água (amônia e aminas, por exemplo)(amônia e aminas, por exemplo)
As bases fracas estão classificadas em duas As bases fracas estão classificadas em duas categorias:categorias:
• Substâncias neutras que têm um átomo com Substâncias neutras que têm um átomo com um par de elétrons não-ligante que pode servir um par de elétrons não-ligante que pode servir como um receptor de próton. A maioria dessas como um receptor de próton. A maioria dessas bases contém um átomo de nitrogênio e a bases contém um átomo de nitrogênio e a função aminafunção amina
• Ânions de ácidos fracosÂnions de ácidos fracos
ClOClO-- (aq)(aq) + H + H22O O (l)(l) ↔ HClO ↔ HClO (aq)(aq) + OH + OH-- (aq)(aq) K Kbb = 3,33 = 3,33 10 10-7-7
Tipos de bases fracasTipos de bases fracas
• O produto da constante de dissociação ácida para um O produto da constante de dissociação ácida para um ácido e da constante de dissociação básica para a ácido e da constante de dissociação básica para a respectiva base conjugada, é a constante do produto respectiva base conjugada, é a constante do produto iônico da águaiônico da água
KKaa K Kbb = K = Kww = 1,0 = 1,0 10 10-14 -14 (a 25 ºC)(a 25 ºC)
pKpKaa + pK + pKbb = pK = pKw w = 14,00 (a 25 ºC)= 14,00 (a 25 ºC)
Relação entre KRelação entre Kaa e e KKbb
Propriedade ácido-base de Propriedade ácido-base de soluções de saissoluções de sais
pH do sal em meio aquosopH do sal em meio aquosoÁcido forteÁcido forte Ácido fracoÁcido fraco
Base forteBase forte NeutroNeutro BásicoBásicoBase fracaBase fraca ÁcidoÁcido ??
Depende das habilidades relativas dos íons em Depende das habilidades relativas dos íons em reagir com a águareagir com a água
Os fatores que afetam a força ácida:Os fatores que afetam a força ácida:
Polaridade (H-C em CHPolaridade (H-C em CH44, neutra), neutra)
Força das ligações (H-F)Força das ligações (H-F) Estabilidade da base conjugada (quanto maior a Estabilidade da base conjugada (quanto maior a
estabilidade da base conjugada mais forte é o estabilidade da base conjugada mais forte é o ácido)ácido)
Comportamento ácido-base Comportamento ácido-base e estrutura químicae estrutura química
Ácidos e bases de Ácidos e bases de LewisLewis
Ácido de LewisÁcido de Lewis: receptor de par de elétrons: receptor de par de elétrons
Base de LewisBase de Lewis: doador de par de elétrons: doador de par de elétrons
HH++ é um ácido de Lewis, mas não é o é um ácido de Lewis, mas não é o único!único!
HH
HH
HH N:N: ++ BB
FF
FF
FF
HH
HH
HH NN BB
FF
FF
FF
Basedoador de par
de elétrons
ÁcidoÁcido receptor de receptor de
par de par de elétronselétrons