gqi 00042 & gqi 00048 aula 23
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QUÍMICA GERAL
Escola de Engenharia Industrial Metalúrgica Universidade Federal Fluminense
Volta Redonda - RJ
Prof. Dr. Ednilsom Orestes 25/04/2016 – 06/08/2016 AULA 18
ÁCIDOS & BASES
Ácido: Latim “acidus” = agudo, pungente, azedo.
Alcalino: Grego “al quali” = cinza.
Estender o conceito de Equilíbrio para as
soluções de ácidos e bases.
NH3 É BASE!
Svante Arrhenius, 1886
Baseado em soluções
eletrolíticas.
Ácidos liberam 𝐻+.
𝑁𝑎𝑂𝐻(𝑠)
𝐻2𝑂 𝑁𝑎 𝑎𝑞
+ + 𝑂𝐻(𝑎𝑞)−
𝐻𝐶𝑙(𝑙)
𝐻2𝑂 𝐻 𝑎𝑞
+ + 𝐶𝑙(𝑎𝑞)−
Bases liberam 𝑂𝐻−.
JOHANNES N. BRONSTED
& THOMAS M. LOWRY,
1923
𝐻𝐶𝑙(𝑎𝑞) + 𝐻2𝑂(𝑙) ⟶ 𝐻3𝑂 𝑎𝑞+ + 𝐶𝑙(𝑎𝑞)
−
Transferência de prótons.
𝐻+ solvatado (hidrônio).
Ácido doa 𝑯+.
Base aceita 𝑯+.
Inclui moléculas e íons.
Explica basicidade do NaCO3, NH3 e etc.
Explica reação em meio e em vácuo.
Solventes desprotonados (COCl2, SO2, N2O4).
Óxidos ácidos e alcalinos (CO2 e CaO).
BF3 e AlCl3 são ácidos!
©2010, 2008, 2005, 2002 by P. W. Atkins and L. L. Jones
𝐻𝐶𝑁(𝑎𝑞) + 𝐻2𝑂(𝑙) ⇌ 𝐻3𝑂 𝑎𝑞+ + 𝐶𝑁(𝑎𝑞)
−
𝑁𝐻3(𝑎𝑞) + 𝐻2𝑂(𝑙) ⇌ 𝑁𝐻4(𝑎𝑞)+ + 𝑂𝐻(𝑎𝑞)
−
Pares conjugados.
Ácido doa 𝐻+
base conjugada
Ácidos e bases fortes e fracas.
Base aceita 𝐻+
ácido conjugado
PARES CONJUGADOS
Escreva as fórmulas de (a) a base conjugada de 𝐻𝐶𝑂3− e (b) o ácido
conjugado 𝑂2−.
(a) A base conjugada de 𝐻𝐶𝑂3− é 𝐶𝑂3
2−.
(b) O ácido conjugado de 𝑂2− é 𝑂𝐻−.
Qual é (a) o ácido conjugado de 𝑂𝐻− e (b) a base conjugada de 𝐻𝑃𝑂42−
?
[Resposta: (a) 𝐻2𝑂; (b) 𝑃𝑂43−]
Qual é (a) o ácido conjugado de 𝐻2𝑂 e (b) a base conjugada de 𝑁𝐻3 ?
Base: doa par 𝒆−.
GILBERT N. LEWIS,
1932
“Toda a base (aceita H+)
deve possuir par de
elétrons livres.”
Elétrons de valência.
Formação de ligação
covalente.
Ácido: aceita par 𝒆−.
©2010, 2008, 2005, 2002 by P. W. Atkins and L. L. Jones
©2010, 2008, 2005, 2002 by P. W. Atkins and L. L. Jones
Lewis
Brønsted-Lowry
Arrhenius
Identifique (a) os ácidos e as bases de Brønsted nos reagentes e
produtos do equilíbrio de transferência de prótons
𝐻𝑁𝑂2(𝑎𝑞) + 𝐻𝑃𝑂4(𝑎𝑞)2− ⇌ 𝑁𝑂2(𝑎𝑞)
− + 𝐻2𝑃𝑂4(𝑎𝑞)− . (b) Que espécies (não
necessariamente explícitas) são ácidos de Lewis e que espécies são
bases de Lewis?
[Resposta: (a) Ácidos de Brønsted; 𝐻𝑁𝑂2 e 𝐻2𝑃𝑂4−. Bases de Brønsted;
𝐻𝑃𝑂42− e 𝑁𝑂2
−. Ácido de Lewis; 𝐻+. Base de Lewis; 𝐻𝑃𝑂42− e 𝑁𝑂2
−.]
Identifique (a) os ácidos e as bases de Brønsted nos reagentes e
produtos do equilíbrio de transferência de prótons 𝐻𝐶𝑂3(𝑎𝑞)− + 𝑁𝐻4(𝑎𝑞)
+ ⇌
𝐻2𝐶𝑂3(𝑎𝑞) + 𝑁𝐻3(𝑎𝑞). Que espécies (não necessariamente explícitas) são
ácidos de Lewis e que espécies são bases de Lewis?
©2
01
0, 2
00
8, 2
00
5, 2
00
2 b
y P.
W. A
tkin
s an
d L
. L. J
on
es
Metais: óxidos básicos.
Não-metais: óxidos ácidos.
Óxidos ácidos, básicos e anfotéricos
Óxido ácido: forma ácido de Brønsted em solução.
2 𝑁𝑎𝑂𝐻(𝑎𝑞) + 𝐶𝑂2(𝑔) ⟶ 𝑁𝑎2𝐶𝑂3 𝑎𝑞 + 𝐻2𝑂(𝑙)
Óxido básico: forma íons hidróxido em solução (compostos iônicos).
𝐶𝑎𝑂(𝑠) + 𝐻2𝑂(𝑙) ⟶ 𝐶𝑎 𝑂𝐻 2(𝑎𝑞)
𝑀𝑔𝑂(𝑠) + 2 𝐻𝐶𝑙(𝑎𝑞) ⟶ 𝑀𝑔𝐶𝑙2 𝑎𝑞 + 𝐻2𝑂(𝑙)
©2010, 2008, 2005, 2002 by P. W. Atkins and L. L. Jones
Aluminato de sódio: contém 𝐴𝑙 𝑂𝐻 4−.
Semi-metais: óxidos anfóteros.
𝐴𝑙2𝑂3(𝑠) + 6 𝐻𝐶𝑙(𝑎𝑞) ⟶ 2 𝐴𝑙𝐶𝑙3 𝑎𝑞 + 3 𝐻2𝑂(𝑙)
2 𝑁𝑎𝑂𝐻(𝑎𝑞) + 𝐴𝑙2𝑂3(𝑠) + 3 𝐻2𝑂(𝑙) ⟶ 2 𝑁𝑎 𝐴𝑙 𝑂𝐻 4 𝑎𝑞
Óxidos ácidos, básicos e anfotéricos
©2
01
0, 2
00
8, 2
00
5, 2
00
2 b
y P.
W. A
tkin
s an
d L
. L. J
on
es
𝐾𝑊 = 𝐻3𝑂+ 𝑂𝐻− = 10−7 × 10−7 = 10−14
Água pura em 25°C.
AUTOPRÓLISE DA ÁGUA
Água é anfiprótica e anfotérica.
𝐾 =(𝑎𝐻3𝑂+) × (𝑎𝑂𝐻−)
𝑎𝐻2𝑂2 = 𝑎𝐻3𝑂+ × 𝑎𝑂𝐻− = 𝐾𝑊
©2010, 2008, 2005, 2002 by P. W. Atkins and L. L. Jones
Quais são as concentrações de íons 𝐻3𝑂+ e 𝑂𝐻− em uma solução 0,0030 𝑀 de 𝐵𝑎 𝑂𝐻 2(𝑎𝑞) em 25 ℃?
Dissocia completamente (alcalino terroso).
𝐵𝑎 𝑂𝐻 2(𝑠) ⟶ 𝐵𝑎 𝑎𝑞2+ + 2 𝑂𝐻(𝑎𝑞)
−
𝑂𝐻− = 2 × 0,0030 𝑚𝑜𝑙 ∙ 𝐿−1 = 0,0060 𝑀
𝐻3𝑂+ =𝐾𝑊
𝑂𝐻− = 1,7 × 10−12
Estime as molaridades de (a) 𝐻3𝑂+ e de (b) 𝑂𝐻− , em 25 ℃, em uma solução 6,0 𝑀 de 𝐻𝐼(𝑎𝑞).
[Resposta: (a) 60,0 𝜇𝑚𝑜𝑙. 𝐿−1; (b) 0,17 𝑛𝑚𝑜𝑙. 𝐿−1]
Estime as molaridades de (a) 𝐻3𝑂+ e de (b) 𝑂𝐻−, em 25 ℃, em uma solução 2,2 𝑀 de 𝑁𝑎𝑂𝐻(𝑎𝑞).
Água pura em 25 ℃.
0E+00
1E-07
2E-07
3E-07
4E-07
5E-07
6E-07
7E-07
8E-07
[H3
O+ ]
(m
ol.
L-1)
[OH-] (mol.L-1)
[H3O+]=[OH-]
ESCALA DE pH Soren P. L. Sorensen: potencial hidrogeniônico.
𝑝𝐻 = − log 𝑎𝐻3𝑂+ = − log 𝐻3𝑂+ = − log 1,0 × 10−7 = 7
1E-08
1E-07
pH
pOH
Água pura em 25 ℃.
ESCALA DE pH Soren P. L. Sorensen: potencial hidrogeniônico.
𝑝𝐻 = − log 𝑎𝐻3𝑂+ = − log 𝐻3𝑂+ = − log 1,0 × 10−7 = 7
Quanto mais forte a base, mais
fraco o ácido conjugado.
Quanto mais forte o ácido, mais fraca a base conjugada.
Calcule o 𝑝𝐻
0,020 𝑀 𝐻𝐶𝑙. 0,040 𝑀 𝐾𝑂𝐻.
4,0 × 10−8 𝑀 Sangue.
𝑝𝐻 = 1,70
𝑝𝐻 = 12,60
𝑝𝐻 = 7,40
𝑯𝟑𝑶+ = 𝟏𝟎−𝐩𝐇 𝐦𝐨𝐥 ∙ 𝐋−𝟏
©2010, 2008, 2005, 2002 by P. W. Atkins and L. L. Jones
Calcule a concentração
1,50 × 10−5𝑀. 2,00 × 10−2𝑀. 6,31 × 10−9𝑀.
𝑝𝐻 = 4,83
𝑝𝐻 = 1,70
𝑝𝐻 = 8,20
Se 𝑝𝑋 = − log 𝑋, então:
𝑝𝑂𝐻 = − log 𝑎𝑂𝐻− = − log 𝑂𝐻−
𝑝𝐾𝑊 = 14,00 = − log 𝐻3𝑂+ 𝑂𝐻− = 𝑝𝐻 + 𝑝𝑂𝐻
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𝐻𝐶𝑙 (0,10 𝑀) ⟶ 𝑝𝐻 = 1,0
𝐻3𝐶𝐶𝑂𝑂𝐻 0,10 𝑀 ⟶ 𝑝𝐻 = 3,0
ÁCIDOS E BASES FRACOS
Dissociação parcial.
©2010, 2008, 2005, 2002 by P. W. Atkins and L. L. Jones
𝑀𝑔 em 𝐻3𝐶𝐶𝑂𝑂𝐻 (0,1 𝑀) 𝑀𝑔 em 𝐻𝐶𝑙 (0,1 𝑀)
𝐵(𝑎𝑞) + 𝐻2𝑂(𝑙) ⇌ 𝐵𝐻(𝑎𝑞)+ + 𝑂𝐻(𝑎𝑞)
− ; 𝐾𝑏 =𝐵𝐻+ [𝑂𝐻−]
[𝐵]
𝐾𝑎 × 𝐾𝑏 =𝐴− [𝐻3𝑂+]
[𝐻𝐴]×
𝐵𝐻+ [𝑂𝐻−]
[𝐵]= 𝐾𝑤
𝑝𝐾𝑎 + 𝑝𝐾𝑏 = 𝑝𝐾𝑤
EQUILÍBRIO DE ÁCIDOS E BASES FRACOS
𝐻𝐴(𝑎𝑞) + 𝐻2𝑂(𝑙) ⇌ 𝐴(𝑎𝑞)− + 𝐻3𝑂(𝑎𝑞)
+ ; 𝐾𝑎 =𝐴− [𝐻3𝑂+]
[𝐻𝐴]
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Use as Tabelas 11.1 e 11.2 para dizer que composto dos seguintes pares é
o ácido ou a base mais forte em água: (a) ácido: 𝐻𝐹 ou 𝐻𝐼𝑂3; (b) base:
𝑁𝑂2− ou 𝐶𝑁−.
Decida que espécie de cada um dos seguintes pares é o ácido ou a
base mais forte: (a) ácido: 𝐻𝐹 ou 𝐻𝐼𝑂; (b) base: 𝐶6𝐻5𝐶𝑂2− ou 𝐶𝐻2𝐶𝑙𝐶𝑂2
−; (c) base: 𝐶6𝐻5𝑁𝐻2 ou 𝐶𝐻3 3𝑁; (d) ácido: 𝐶6𝐻5𝑁𝐻3
+ ou 𝐶𝐻3 3𝑁𝐻+.
[Resposta: Ácidos mais fortes: (a) 𝐻𝐹; (d) 𝐶6𝐻5𝑁𝐻3
+; Bases mais fortes: (b)
𝐶6𝐻5𝐶𝑂2−; (c) 𝐶𝐻3 3𝑁]
Decida que espécie de cada um dos seguintes pares e o ácido ou a
base mais forte: (a) base: 𝐶5𝐻5𝑁 ou 𝑁𝐻2𝑁𝐻2 ; (b) ácido: 𝐶5𝐻5𝑁𝐻+ ou 𝑁𝐻2𝑁𝐻3
+; (c) ácido: 𝐻𝐼𝑂3 ou 𝐻𝐶𝑙𝑂2; (d) base: 𝐶𝑙𝑂2− ou 𝐻𝑆𝑂3
−.
porcentagem desprotonada =𝐻3𝑂+
𝐻𝐴 inical× 100 %
pH DE SOLUÇÕES DE ÁCIDOS FRACOS
porcentagem desprotonada =concentração de A−
concentração inicial de HA× 100 %
Lembrar que 𝑯𝟑𝑶+ = [𝑨−] (estequiometria!)
©2010, 2008, 2005, 2002 by P. W. Atkins and L. L. Jones
Calcule o pH e a percentagem de desprotonação das
moléculas de CH3COOH em uma solução 0,080 M de
CH3COOH em água, sabendo que o Ka do ácido
acético é 1,8 x 10-5.
𝐶𝐻3𝐶𝑂𝑂𝐻(𝑎𝑞) + 𝐻2𝑂(𝑙) ⇌ 𝐻3𝐶𝑂2(𝑎𝑞)− + 𝐻3𝑂(𝑎𝑞)
+
𝐾𝑎 = 1,8 × 10−5 =𝑥 × 𝑥
0,080 − 𝑥
Supondo 𝑥 ≪ 0,080:
𝑥 ≈ 0,080 × 1,8 × 10−5 = 1,2 × 10−3
𝑝𝐻 ≈ − log 1,2 × 10−3 = 2,92
%𝐷 =1,2 × 10−3
0,080× 100 % = 1,5 %
Calcule o pH e a porcentagem de desprotonação
de uma solução 0,50 M de ácido láctico em água.
Procure Ka na Tabela 11.1. Verifique se todas as
aproximações são válidas.
[Resposta: 1,69; 4,1%]
Calcule o pH e a percentagem de desprotonação
de uma solução de 0,22 M de ácido cloro-
acético em água. Verifique se todas as
aproximações são válidas.
©2010, 2008, 2005, 2002 by P. W. Atkins and L. L. Jones
O pH de uma solução 0,010 M do antisséptico ácido mandélico, em
água, é 2,95. Qual é a constante de acidez, Ka, e o pKa do ácido
mandélico?
𝐻3𝑂+ = 10−2,95 = 0,0011 𝑚𝑜𝑙 ∙ 𝐿−1 = 𝐴−
𝐻𝐴 = 𝐻𝐴 inicial − 𝐻3𝑂+
𝐾𝑎 =𝐻3𝑂+ 𝐴−
𝐻𝐴=
𝐻3𝑂+ 2
𝐻𝐴 𝑖𝑛 − 𝐻3𝑂+ = 1,4 × 10−4
𝑝𝐾𝑎 = − log 𝐾𝑎 = 3,85
O pH de uma solução 0,20 M de ácido crotônico, C3H5COOH, em
água, que é usado em pesquisas médicas e na fabricação da vitamina A
sintética, é 2,69. Qual é o Ka do ácido crotônico?
[Resposta: 2,1 x 10-5].
O pH de uma solução 0,50 M, em água, do ácido homogentísico, um
intermediário metabólico, é 2,35. Qual é o Ka do ácido homogentísico,
C7H5(OH)2COOH?
porcentagem desprotonada =𝑂𝐻−
𝐻𝐴 inical× 100 %
pH DE SOLUÇÕES DE BASES FRACAS
porcentagem desprotonada =concentração de HB+
concentração inicial de B× 100 %
Lembrar que 𝑶𝑯− = 𝑯𝑩+ (estequiometria!)
©2010, 2008, 2005, 2002 by P. W. Atkins and L. L. Jones
Calcule o pH e a percentagem de protonac ao de uma
soluc ao 0,20 M de metilamina, CH3NH2, em agua. A
constante Kb de CH3NH2 e 3,6 x 10-4.
𝐶𝐻3𝑁𝐻2(𝑎𝑞) + 𝐻2𝑂(𝑙) ⇌ 𝑂𝐻(𝑎𝑞)− + 𝐶𝐻3𝑁𝐻3(𝑎𝑞)
+
𝐾𝑏 = 3,6 × 10−4 =𝑥 × 𝑥
0,20 − 𝑥
Supondo 𝑥 ≪ 0,20:
𝑥 ≈ 0,20 − 3,6 × 10−4 = 8,5 × 10−3
𝑝𝑂𝐻 = − log 8,5 × 10−3 = 2,07 ∴ 𝑝𝐻 = 11,93
%𝑃 =8,5 × 10−3
0,20× 100% = 4,2 %
Estime o 𝑝𝐻 e a percentagem de base protonada em uma solução 0,15 𝑀 de 𝑁𝐻2𝑂𝐻(𝑎𝑞), hidroxilamina
em água.
[Resposta: 9,61; 0,027%].
Estime o 𝑝𝐻 e a percentagem de base protonada em uma solução 0,012 𝑀 de 𝐶10𝐻14𝑁2(𝑎𝑞), nicotina.
Ácidos e Bases Polipróticos
𝐻𝐶𝑂3(𝑎𝑞)− + 𝐻2𝑂(𝑙) ⇌ 𝐻3𝑂(𝑎𝑞)
+ + 𝐶𝑂3(𝑎𝑞)2− 𝐾𝑎2 = 5,6 × 10−11
Fornecem mais de um próton, 𝐻+.
1a. desprotonação é quase completa.
𝐻2𝑆𝑂4, 𝐻3𝑃𝑂4, 𝐻2𝐶𝑂3, etc.
𝐾𝑎1 ≫ 𝐾𝑎2 ≫ 𝐾𝑎3 ≫ ⋯
𝐻2𝐶𝑂3(𝑎𝑞) + 𝐻2𝑂(𝑙) ⇌ 𝐻3𝑂(𝑎𝑞)+ + 𝐻𝐶𝑂3(𝑎𝑞)
− 𝐾𝑎1 = 4,3 × 10−7
©2010, 2008, 2005, 2002 by P. W. Atkins and L. L. Jones
Calcule as concentrações de todos os solutos em uma solução 0,10 𝑀 de 𝐻3𝑃𝑂4(𝑎𝑞).
𝐻3𝑃𝑂4(𝑎𝑞) + 𝐻2𝑂(𝑙) ⇌ 𝐻3𝑂(𝑎𝑞)+ + 𝐻2𝑃𝑂4(𝑎𝑞)
− 𝐾𝑎1 = 7,6 × 10−3.
𝑥 = 2,4 × 10−2 mol ∙ L−1 = 𝐻3𝑂+ = 𝐻2𝑃𝑂4−
𝐻3𝑃𝑂4 ≈ 0,10 − 0,024 = 0,076 mol ∙ L−1
𝐻2𝑃𝑂4(𝑎𝑞)− + 𝐻2𝑂(𝑙) ⇌ 𝐻3𝑂(𝑎𝑞)
+ + 𝐻𝑃𝑂4(𝑎𝑞)2− 𝐾𝑎2 = 6,2 × 10−8.
𝐾𝑎2 ≈ 𝑥 = 𝐻𝑃𝑂42−
Calcule as concentrações de todos os solutos em uma solução 0,10 𝑀 de 𝐻3𝑃𝑂4(𝑎𝑞).
𝐻𝑃𝑂4(𝑎𝑞)2− + 𝐻2𝑂(𝑙) ⇌ 𝐻3𝑂(𝑎𝑞)
+ + 𝑃𝑂4(𝑎𝑞)3− 𝐾𝑎3 = 2,1 × 10−13.
Faça a tabela de equilíbrio...
𝑥 = 𝑃𝑂43− ≈ 5,4 × 10−19 mol ∙ L−1
𝑂𝐻− =𝐾𝑊
𝐻3𝑂+ = 4,2 × 10−13 mol ∙ L−1
©2010, 2008, 2005, 2002 by P. W. Atkins and L. L. Jones
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