equilíbrio ácido-base[1]

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EQUILÍBRIO ÁCIDO-BASE SLIDES DA SEMANA 17-21/05 PROF. FABRICIO R. SENSATO Química das Transformações

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Page 1: Equilíbrio ácido-base[1]

EQUILÍBRIO ÁCIDO-BASESLIDES DA SEMANA 17-21/05PROF. FABRICIO R. SENSATO

Química das Transformações

Page 2: Equilíbrio ácido-base[1]

Ácidos e bases polipróticos

� Primeira etapa de ionizaçãoH3PO4(aq) + H2O(l) � H3O

+(aq) + H2PO4-(aq) Ka1 =7,5 × 10-3

� Segunda etapa de ionizaçãoH2PO4

-(aq) + H2O(l) � H3O+(aq) + HPO4

2-(aq) Ka2 =6,2 × 10-82 4 2 3 4 a2

� Terceira etapa de ionizaçãoHPO4

2-(aq) + H2O(l) � H3O+(aq) + PO4

3-(aq) Ka3 =3,6 × 10-13

O pH de muitos ácidos inorgânicos polipróticos depende principalmentedos íons hidrônio gerados na primeira etapa da ionização; os íons hidrônioproduzidos na segunda etapa podem ser ignorados

Page 3: Equilíbrio ácido-base[1]

Cálculo do pH da solução de umabase poliprótica

� O íon carbonato, CO32-, é uma base em água,

formando o íon hidrogenocarbonato, que por suavez pode formar o ácido carbônico

CO32-(aq) + H2O(l) � HCO3

-(aq) + OH-(aq) (Kb1 = 2,1 × 10-4)

HCO3-(aq) +H2O(l) � H2CO3(aq) + OH

-(aq) (Kb2 = 2,4 × 10-8)

Qual é o pH de uma solução 0,10 M de Na2CO3?

Fonte: KOTZ, John C.; TREICHEL Jr, Paul M. Química geral e reações químicas. 5ed. São Paulo; Pioneira Thomson Learning, 2005, v.2.

Page 4: Equilíbrio ácido-base[1]

O efeito do íon comum

� O efeito do íon comum é a limitação da ionizaçãode um ácido (ou base) pela presença de concentração significativa de sua base (ou ácido) conjugado

Page 5: Equilíbrio ácido-base[1]

Efeito do íon comum

� O pH do ácido acético 0,25 M é 2,67. Qual é o pH se a solução é 0,25 M em ácido acético e 0,10 M em acetato de sódio?

Fonte: KOTZ, John C.; TREICHEL Jr, Paul M. Química geral e reações químicas. 5ed. São Paulo; Pioneira Thomson Learning, 2005, v.2.

Page 6: Equilíbrio ácido-base[1]

Reação de ácido lático com hidróxido de sódio emdeficiência

� Qual o pH de uma solução que resulta da adiçãode 25,0 mL de NaOH 0,0500 M a 25,0 mL de ácido lático 0,100 M (Ka para o ácido lático = 1,4 × 10-4)

HC3H5O3(aq) +OH-(aq) → C3H5O3-(aq) + H2O(l)

Fonte: KOTZ, John C.; TREICHEL Jr, Paul M. Química geral e reações químicas. 5ed. São Paulo; Pioneira Thomson Learning, 2005, v.2.

Page 7: Equilíbrio ácido-base[1]

Soluções-tampão

� Um tampão faz com que a solução torna-se resistente a variações de pH quando da adição de ácido ou base forte

� Um tampão requer duas coisa

� Duas substâncias são necessárias: um ácido capaz de reagir com os íons OH- adicionados e uma base capaz de consumir os H3O+ adicionados

� O ácido e a base não devem reagir entre si

Page 8: Equilíbrio ácido-base[1]

Soluções-Tampão

� Um tampão é geralmente preparado a partir de quantidades aproximadamente iguais de um par ácido-base conjugado: � (a) um ácido fraco e sua base conjugada (ácido acético

e íon acetato, por exemplo)e íon acetato, por exemplo)

� (b) uma base fraca e seu ácido conjugado (amônia e íon amônio, por exemplo)

� A ação de um tampão é simplesmente um caso especial do efeito do íon comum.

Page 9: Equilíbrio ácido-base[1]

Uma solução tampão: ácido acético/acetado

Page 10: Equilíbrio ácido-base[1]

pH de uma solução tampão

� Qual o pH de um tampão de ácido acético/acetato de sódio com [CH3CO2H] = 0,700 M e [CH3CO2

-] = 0,600 M?

Fonte: KOTZ, John C.; TREICHEL Jr, Paul M. Química geral e reações químicas. 5ed. São Paulo; Pioneira Thomson Learning, 2005, v.2.

Page 11: Equilíbrio ácido-base[1]

Expressões gerais para soluções-Tampão

� Equação de Henderson-Hasselbalch

conjugada] [baselogppH += K

[ácido]

conjugada] [baselogppH a += K

Page 12: Equilíbrio ácido-base[1]

Usando a equação de Henderson-Hasselbalch

� Ácido benzóico (C6H5CO2H, 2,00g) e benzoato de sódio (NaC6H5CO2, 2,00g) são dissolvidos em águasuficiente para obter 1,00 L de solução. Calcule o pH da solução usando a equação de Henderson-Hasselbalch.(K para o ácido benzóico é 6,3 × 10 )Hasselbalch.(Ka para o ácido benzóico é 6,3 × 10-5)

Fonte: KOTZ, John C.; TREICHEL Jr, Paul M. Química geral e reações químicas. 5ed. São Paulo; Pioneira Thomson Learning, 2005, v.2.

Page 13: Equilíbrio ácido-base[1]

Preparando uma solução-tampão

� Você deseja preparar 1,0 L de uma solução-tampãocom pH = 4,30. Uma lista de ácidos possíveis (e suasbases conjugadas) é:

Qual combinação deve ser selecionada e qual deve ser a razão entre o ácido e a base conjugada?

Fonte: KOTZ, John C.; TREICHEL Jr, Paul M. Química geral e reações químicas. 5ed. São Paulo; Pioneira Thomson Learning, 2005, v.2.

Page 14: Equilíbrio ácido-base[1]

Invariabilidade do ph de uma solução-tampão

� Qual é a variação do pH quando 1,00 mL de HCl1,00 M é adicionado a (1) 1,000L de água pura e (2) 1,000L de um tampão ácido acético/íonacetato com [CH3CO2H] = 0,700M e [CH3CO2

-] = 0,600 M

3 2 3 2

0,600 M

Page 15: Equilíbrio ácido-base[1]

Titulação ácido-base

� A titulação é uma das maneiras mais importantes de se determinar com precisão a quantidade de um ácido, de uma base ou de outra substância em uma mistura, oude se determinar a pureza de uma substância.

Fonte (figura): BROWN, Theodore L.; LEMAY Jr, H. Eugene; BURSTEN, Bruce E.; BURDGE, Julia R. Química: a ciência central 9. ed. São Paulo: Pearson Prentice Hall, 2005. 972p.

Page 16: Equilíbrio ácido-base[1]

Títulação ácido-base: ponto de equivalência

� O pH no ponto de equivalência de uma titulaçãoácido forte/base forte é 7.

� Ácido fraco titulado com base forte → pH > 7 no ponto de equivalência devido à base conjugada do ponto de equivalência devido à base conjugada do ácido fraco

� Base fraca titulada com ácido forte → pH < 7 no ponto de equivalência devido ao ácido conjugado da base fraca

Page 17: Equilíbrio ácido-base[1]

Títulação de um ácido forte com uma base forte e a variação do pH

� Curva de pH para a titulação de 50,0 mL de uma solução de 0,100 mol/l de umácido forte com uma solução de 0,100 mol/L de uma base forte, neste caso HCl e NaOH

Fonte: KOTZ, John C.; TREICHEL Jr, Paul M.; TOWNSEND, John R. Chemistry & Chemical Reactivity. 7ed. Belmont:Thomson, 2009

Page 18: Equilíbrio ácido-base[1]

Titulação ácido e bases fortes: escolhado indicador

Fonte (figura): BROWN, Theodore L.; LEMAY Jr, H. Eugene; BURSTEN, Bruce E.; BURDGE, Julia R. Química: a ciência central 9. ed. São Paulo: Pearson Prentice Hall, 2005. 972p.

Page 19: Equilíbrio ácido-base[1]

Títulação de um ácido fraco com umabase forte

� Curva de titulação de 50,0 mL de CH3COOH (ácido acético) 0,100 M com NaOH0,100 M :

CH3COOH(aq) + NaOH(aq) → CH3COO-(aq) + H2O(l) +Na+(aq)

� pH inicial é controlado por Ka (pH = 2,87)

� O ponto de equivalência é controlado pelo íon acetato

� No ponto médio de qualquer titulação de umácido fraco com uma base forte, [H3O+] = Ka e, portanto, pH = pKa

Fonte (figura): BROWN, Theodore L.; LEMAY Jr, H. Eugene; BURSTEN, Bruce E.; BURDGE, Julia R. Química: a ciência central 9. ed. São Paulo: Pearson Prentice Hall, 2005. 972p.

Page 20: Equilíbrio ácido-base[1]

Titulação de ácido acético com hidróxido de sódio

� Qual é o pH da solução depois que 90,0 mL de NaOH 0,100 M foram adicionados a 100,0 mL de ácido acético 0,100 M?

Page 21: Equilíbrio ácido-base[1]

Titulação de ácidos polipróticos fracos

Fonte: KOTZ, John C.; TREICHEL Jr, Paul M.; TOWNSEND, John R. Chemistry & Chemical Reactivity. 7ed. Belmont:Thomson, 2009

Page 22: Equilíbrio ácido-base[1]

Titulação de uma base fraca com umácido forte

� Curva de titulação de uma base fraca com um ácido forte: 100,0 mL de NH3 0,100 M com HCl 0,100 M

NH3(aq) + HCl(aq) → NH4+(aq) + Cl-(aq)

Fonte: KOTZ, John C.; TREICHEL Jr, Paul M.; TOWNSEND, John R. Chemistry & Chemical Reactivity. 7ed. Belmont:Thomson, 2009

Page 23: Equilíbrio ácido-base[1]

Titulação de amônia com HCl

� Qual é o pH da solução no ponto de equivalênciada titulação de 100,0 mL de amônia com HCl0,100 M ?