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  • EQUILBRIO CIDO - BASE

    METASApresentar as teorias cido-base;apresentar o processo de auto-ionizao da gua;apresentar o clculo para determinao do pH;apresentar o equilbrio cido-base poliprtico.

    OBJETIVOSAo final desta aula, o aluno dever:entender as teorias cido-base;compreender a auto-ionizao da gua e a escala de pH;identificar cidos e bases de acordo com a sua fora;determinar o pH de cidos e bases;entender a formao da soluo tampo e calcular seu pH.

    PR-REQUISITOSSaber os fundamentos de equilbrio qumico.

    Aula

    4

    A figura apresenta os equilbrios cido-base de Bronsted do brometo de etdeo (EtBr). Este composto derivado da fenantridinae bastante utilizado em laboratrios de biologia molecular para corar cidos nuclicos (Fonte: http://www.scielo.br).

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    Qumica Analtica Experimental

    INTRODUONa aula anterior foi relatado o conceito de equilbrio qumico, descrito a

    constante de equilbrio e postulada a lei de aes das massas. Ainda foramdefinidos equilbrio qumico do ponto de vista cintico e termodinmico e des-critos o principio de L Chtelier e os fatores que afetam o equilbrio qumico.Por fim, foram definidos eletrlitos, atividade e coeficiente de atividade.

    cidos e bases so importantes em inmeros processos qumicos queocorrem ao nosso redor, desde industriais at biolgicos e, desde reaes nolaboratrio at aquelas em nosso ambiente. Nesta aula examinaremos os ci-dos e as bases monoprticos e poliprticos, observando como eles so iden-tificados e caracterizados do ponto de vista de vrios estudiosos. Alm disso,seu comportamento ser considerado em termos de equilbrios qumicos nosquais eles participam. Em todas as reaes cido-base em meio aquoso sem-pre existir o par cido-base conjugado e a auto-ionizao da gua, Kw. Umasoluo formada pelo cido e sua base conjugada a soluo tampo quepossui propriedades biolgicas e ambientais importantes. A fora dos cidose das bases expressa pelas constantes de ionizao tambm estudada bemcomo a maneira de expressar a concentrao dos ons H+ e OH- na soluo.

    Ao final da aula voc dever ser capaz de identificar cidos e bases,expressar a concentrao dos ons presentes em soluo atravs do pH,entender a qumica do sistema tampo e calcular seu pH.

    pH um termo que expressa a intensidade da acidez ou alcalinidade de um meio. Doponto de vista analtico, o pH um dos parmetros mais importantes na determinaoda maioria das espcies qumicas de interesse tanto da anlise de guas potveiscomo na anlise de guas residurias. A determinao do pH feita eletrometrica-mente, com a utilizao de um potencimetro e eletrodos. esquerda, eletrodode vidro; direita, eletrodo de referncia, utilizado nas determinaes potencio-mtricas de pH e potencial de oxi-reduo (Fonte: http://www.dec.ufcg.edu.br).

    Estudantes em aula prtica de determi-nao do pH de diversas substncias (Fon-te: http://quimicomania.blogspot.com).

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    Equilbrio cido - base Aula

    4TEORIAS CIDO-BASEAs teorias cido-base so um conjunto de conhecimentos organiza-

    dos que procuram explicar e interpretar os fenmenos ou acontecimentosque os envolvem. Foram surgindo como uma generalizao da preceden-te, no se contrapondo frontalmente, o que interessante. Cada uma abarcaum universo prprio de reaes qumicas que vai se ampliando, procuran-do abranger cada vez mais os fenmenos conhecidos, e cada teoria antigavai se tornando um caso particular da nova. As principais so:

    a) Teoria de Arrhenius: na dcada de 1880, o qumico sueco Svante Ar-rhenius, como parte da sua teoria da dissociao eletroltica, ligou o com-portamento cido com a presena de ons H+ e o comportamento bsicocom a presena de ons OH-. Segundo Arrhenius, cidos e bases so subs-tncias que, quando em soluo aquosa, aumentam a concentrao deons H+ e OH-, respectivamente. Apesar de restrita a solues aquosas,essa teoria foi muito importante, pois alm de dar conta de um grandenmero de fenmenos j conhecidos, provocou o desenvolvimento devrias linhas de pesquisa, inclusive contribuindo para estabelecer as ba-ses cientficas da qumica analtica tais como aplicao da lei de ao dasmassas a equilbrios inicos, a equao de Nernst, que relaciona a foraeletromotriz das pilhas com a concentrao dos ons (Nernst, 1888-1889);o efeito tampo (Fernbach, 1900); o primeiro estudo quantitativo de umindicador (Friedenthal, 1904); o conceito de pH (Srensen, 1909) etc.

    b) Teoria dos sistemas solventes: comeou a ser desenvolvida em 1905 porE.C. FranKlin, principalmente para a amnia (NH3) lquida, por generaliza-o da teoria de Arrhenius. Essa teoria considera que todo solvente sofreuma auto-ionizao, gerando um ction (cido) e uma base (nion).

    solvente = ction + nion

    cido tudo que faz aumentar a concentrao do ction caractersticodo solvente e base o que aumenta a concentrao do nion caracterstico.

    c) Teoria protnica (Bronsted-Lowry): em 1923, o qumico dinamarqusJohannes Bronsted e o qumico ingls Thomas Lowry propuseram uma de-finio mais geral de cidos e bases. O conceito deles baseado no fato deque as reaes cido-base envolvem transferncia de ons H+ de uma subs-tncia para outra. Segundo essa teoria, cido um doador de prtons ebase, um receptor de prtons. Em outras palavras, uma substncia podefuncionar como um cido apenas se outra substncia se comportar simulta-neamente como uma base. Algumas substncias podem agir como cidoem certa reao e como base em outras, como a gua por exemplo. Essassubstncias so chamadas de anfteras.

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    Qumica Analtica Experimental

    d) Teoria de Lux: proposta por H. Lux em 1939 , em sua forma, seme-lhante teoria protnica, considerando o nion xido (O2) a entidadetransferida. cido um receptor de O2 e base, um doador. Essa teoriamostrou-se bastante til para tratar de reaes envolvendo lquidos ini-cos (sais e xidos fundidos) que ocorrem na metalurgia, na fabricao devidro e cermica, nos sistemas geoqumicos etc.

    e) Teoria de Usanovich: em 1939, o qumico sovitico M. Usanovich apre-sentou uma teoria que pretendia generalizar todas as teorias existentes. Defi-nia cido como a espcie que reage com a base para formar sais, doandoctions ou aceitando nions ou eltrons, e base como a espcie que reagecom o cido para formar sais, doando nions ou eltrons ou combinando-secom ctions. Apesar de constar por algum tempo em vrios textos, e ser even-tualmente mencionada, praticamente no gerou nenhuma linha de pesquisa.

    f) Teoria ionotrpica: uma generalizao das teorias protnica, dos sis-temas solventes e de Lux proposta por I. Lindqvst e V. Gutmann em 1954.Essa teoria praticamente no gerou nenhuma nova linha de pesquisa (pro-blemas, previses etc.). Seus prprios autores fizeram posteriormente con-tribuies valiosas para o desenvolvimento da teoria eletrnica.

    g) Teoria eletrnica de Lewis: como conseqncia de sua teoria do pareletrnico para explicar as ligaes qumicas, G.N. Lewis props uma te-oria cido-base em 1923 que enfatiza o par de eltrons compartilhado.Considerava que cido (A) toda espcie qumica capaz de receber umpar eletrnico e que base (B) aquela capaz de doar um par eletrnico. Avantagem da teoria de Lewis que ela permite tratar maior variedade dereaes, incluindo aquelas que no envolvem transferncia de prton,como reaes cido-base.

    H+(aq) + :OH-(aq) ! H2O

    O on H+, que simplesmente um prton sem nenhum eltron de va-lncia, liga-se fortemente gua formando o on hidrnio, H3O

    +. Por essarazo ele normalmente usado para expressar a forma predominante de H+nos livros didticos. Durante essa aula usaremos as duas formas para repre-sentar o ction de forma que possamos nos familiarizar com os mesmos.

    AUTO-IONIZAO DA GUA

    Uma das mais importantes propriedades qumicas da gua a suahabilidade em agir tanto como cido de Bronsted quanto como base de

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    Equilbrio cido - base Aula

    4Bronsted. Independentemente dos equilbrios existentes em soluo aquo-sa, resultantes dos solutos dissolvidos, sempre ocorre um equilbrio qu-mico evolvendo as molculas do prprio solvente, a gua. Chamamosesse processo de auto-ionizao da gua.

    H2O + H2O ! H3O+

    (aq) + OH-(aq)

    Como a auto-ionizao um processo em equilbrio, podemos escre-ver a seguinte expresso da constante de equilbrio:

    Keq = [H3O+] [OH-]

    Esta constante de equilbrio tem o smbolo KW e conhecida como aconstante de ionizao da gua. A 25C, o Kw igual a 1,0 x 10-14. Ento:

    Kw = [H3O+] [OH-] = 1,0 x 10-14

    A importncia do produto inico da gua reside no fato de que seuvalor pode ser considerado como constante, no s em gua pura comotambm em solues aquosas diludas. Isto significa que a concentraodos ons da gua no pode variar independentemente. Se uma aumenta aoutra deve diminuir, pois KW tem que permanecer constante.Simplificando:Em solues Neutras [H+] = [OH-] = 10-7 MEm solues cidas [H+] > [OH-] ou [H+] > 10-7 M e [OH-] < 10-7 MEm solues Bsicas [H+] < [OH-] ou [H+] < 10-7 M e [OH-] > 10-7 M

    ESCALA DE PH

    As concentraes de H+ ou OH- nas solues aquosas podem variarentre limites muito largos, como por exemplo, de 1 a 10-14 mol/L. Para evitaro uso incmodo de numerosas decimais, Srensen (1909) introduziu a esca-la de pH (o p usado em pH, pOH, pKw etc originou-se da palavra alempotenz, a qual significa fora no sentido do expoente) que definido como:

    pH = - log [H+]De modo similar tem-se para a concentrao de OH-:

    pOH = - log [OH-]Sabendo que Kw = [H

    +] [OH-] e aplicando o logaritmo, temos:- logKw = - log [H

    +] [OH-]pKw = pH + pOH

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    Qumica Analtica Experimental

    Como a 25C Kw = 1,0 x 10-14, temos:

    pH + pOH = 14,00

    A figura 1 ilustra a escala de pH e pOH. Note que estas so opostas.Ainda nesta figura esto marcados o pH e pOH de algumas soluesencontrada no nosso dia a dia.

    Figura 1. Escala de pH e pOH.

    FORA DE CIDOS E BASES

    Sabemos que as propriedades dos cidos e das bas