equilibrio acido base[2]

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EQUILBRIO CIDO-BASE1 INTRODUO A classificao das substncias como cido foi inicialmente sugerida por causa do sabor (Latim acidus = azedo; acetum = vinagre). Alkalis (Arbico al Kali = cinzas de uma planta) foram tomados como as substncias capazes de reverter ou neutralizar o efeito dos cidos. A denominao mais moderna para tais substncias base. Admiti-se, tambm, que um cido deveria conter o elemento oxignio como constituinte essencial (grego oxus = cido; genae = gerador). Todavia, Humphry Davy, em 1810, demonstrou que o cido clordrico contm somente hidrognio e cloro. Pouco depois, floresceu a idia de que todos os cidos devem ter o hidrognio como um de seus constituintes essncias. Desde a antiguidade j se classificam as substncias como cidos ou como bases (anti-cidos): O vinagre parece ter sido o primeiro cido conhecido (sabor amargo). As bases eram conhecidas por serem escorregadias ao tato e pelas suas propriedades anticidas. A. TEORIA DE ARRHENIUS (entre 1880 e 1890) Uma das importantes contribuies da teoria da dissociao inica de Arrhenius, desenvolvida por S. Arrhenius entre 1880 e 1890, foi explicao porque os cidos possuem foras diferentes. A atividade qumica e a condutividade eltrica das solues de cidos foram concedidas como sendo devida dissociao reversvel dos mesmos em ons, sendo um deles o on H+: ex: HCl(aq) H+(aq) + Cl(aq) CH3COOH(aq) H+(aq) + CH3COO(aq) Assim a fora dos cidos foi associada com o grau de dissociao dos mesmos: um cido ser tanto mais forte quanto maior for seu grau de dissociao. Podemos utilizar um raciocnio similar para o comportamento das bases, as quais produziriam o on hidroxila em soluo. Ento, o prton seria responsvel pelas propriedades cidas, enquanto que OH- seria responsvel pelas propriedades bsicas. Para Arrhenius: cido era toda a substncia que contendo hidrognio, se dissociava em soluo produzindo ons H+, ex: HCl(aq) H+(aq) + Cl(aq) Base seria toda a substncia que em soluo aquosa se dissociava, produzindo ons hidrxido (OH-), ex: NaOH(aq) Na+(aq) + OH(aq)DSc. Jussara Aparecida de Oliveira Cotta. Professora da faculdade de Engenharia /UEMG, Joo Monlevade MG. E-mail: japcotta@hotmail.com Publicao Destinada ao Ensino de Qumica Analtica 1

Esta teoria estava incompleta. Problema: a definio nos limita soluo aquosa. A teoria dos cidos e bases de Arrhenius sugere que todas as propriedades bsicas sejam devido presena do on hidrxido. Contudo, h substncias, que no contm o on hidrxido, capazes de neutralizar cidos. Como explicar: O comportamento cido ou alcalino em solues no aquosas? O comportamento alcalino do NH3? Surgiu uma nova teoria: B. TEORIA DE BRONSTED-LOWRY (1923) - Reaes de transferncia de prton Em 1923, as consideraes que acabamos de descrever culminaram numa conceituao de cido e bases mais poderosa e geral denominada definio de Lowry-Bronsted: um cido uma espcie que possui tendncia de perder prtons ou doar prtons, e uma base uma espcie que possui tendncia de aceitar ou adicionar um prton. Segundo esta teoria: cido espcie que cede ons H+ (prtons). Base espcie que recebe ons H+. Uma descrio mais realista da dissociao de um cido aquela que considera a reao como sendo a transferncia de um prton do cido para o solvente.H+

H

+

HA(aq) + H2O(l) H3O+(aq)+ A-(aq) Assim, esta reao sugere que um cido no necessariamente uma substncia que se dissocia gerando um prton, mas uma substncia capaz de transferir ou doar um prton para outra substncia. Reao de transferncia de prtons entre duas espcies inicas ou moleculares, originando um novo cido e uma nova base. A base de Bronsted-Lowry no precisa conter OH-. HA(aq)cido1

+

H2O(l)Base 2

H3O+(aq) +cido 2

A-(aq)Base 1

Pares cido-base conjugados: O que quer que tenha sobrado do cido aps o prton ter sido doado chamado de sua base conjugada. Similarmente, o que quer que tenha sobrado da base aps ela ter recebido o prton chamado de um cido conjugado. Considere: HA(aq) + H2O(l) H3O+(aq) + A-(aq)DSc. Jussara Aparecida de Oliveira Cotta. Professora da faculdade de Engenharia /UEMG, Joo Monlevade MG. E-mail: japcotta@hotmail.com Publicao Destinada ao Ensino de Qumica Analtica 2

Aps o HA (cido) perder seu prton ele convertido em A -(base). Conseqentemente o HA e o A- so pares cido-base conjugados. Aps a H2O (base) receber um prton, ela convertida em H 3O+ (cido). Conseqentemente, a H2O e o H3O+ so pares cido-base conjugados. Os pares cido-base conjugados diferem entre si apenas em um prton. Ex: Considere HCl(aq) + H2O(l) Cl-(aq) + H3O+(aq): o HCl doa um prton para a gua. Conseqentemente, o HCl um cido. a H2O recebe um prton do HCl. Conseqentemente, a H2O uma base. Na seguinte reao temos: NH3 (aq)Base1

+

H2O(l)cido 2

OH-(aq) +Base 2

NH4+(aq)cido 1

So pares conjugados cido-base: NH4+/ NH3 e H2O/ OH Mas, como explicar o comportamento da H2O? Substncias que, como a H2O, apresentam comportamento cido ou bsico, dependendo da espcie com que reagem, so definidas como anfotras. Lembre-se: O on H+ em gua O on H+(aq) simplesmente um prton sem eltrons. (O H tem um prton, um eltron e nenhum nutron) . Em gua, o H+(aq) forma aglomerados. O aglomerado mais simples e importante o H3O+(aq). Geralmente usamos H+(aq) e H3O+(aq) de maneira intercambivel. C. TEORIA DE LEWIS Lewis explica a existncia do on H3O+, de outro modo: Os ons H +, deficitrio de um eltron, aceita partilhar um par de eltrons, estabelecendo-se uma ligao covalente dativa. Assim, cido espcie que aceite partilhar pelo menos um par de eltrons, ex: BF3. Base espcie doadora dos eltrons, para a ligao covalente dativa, ex: NH3. BF3 + NH3 F3B NH3 Assim, cido de Lewis: receptor de par de eltrons, e base de Lewis: doador de par de eltrons.

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Tabela 1: Resumindo as definies de cidos e BasesTeoria Arrhenius Brnsted-Lowry Lewis Solvente gua Qualquer solvente No est limitado cido composto de hidrognio que se dissocia em gua para dar ons H+. Composto que fornece prtons Receptor de um par de eltrons Base composto de hidrxido que se dissocia em gua formando ons OH-. Composto que aceita prtons. Doador de um par de eltrons

O cido de Brnsted-Lowry um doador de prtons. Focando nos eltrons: um cido de Brnsted-Lowry pode ser considerado um receptor de par de eltrons. Observe: os cidos e as bases de Lewis no precisam conter prtons. Conseqentemente, a definio de Lewis a definio mais geral de cidos e bases.

2. FORAS DOS CIDOS E DAS BASES Como dito anteriormente, um cido ser tanto mais forte quanto maior for seu grau de dissociao. Quanto mais forte o cido, mais fraca a base conjugada.

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Tabela 2: Alguns pares cido-base conjugados

Segundo Bronsted e Lowry, a reao que ocorre entre um cido e a gua pode esquematizar-se assim: HA(aq) + H2O(l) A-(aq) + H3O+(aq) aplicando a Lei da Ao das Massas:

Kc =

[ A ] [H O ] +

[ HA]

3

Sabendo-se que a [H2O] aproximadamente constante.

Ka =

[ A ] [H O ] +

[ HA]

3

Onde Ka a constante de ionizao ou dissociao cida. A grandeza Ka, constante a uma dada temperatura T, e mede a extenso da reao. Assim, quanto maior for o valor de K a mais forte ser o cido. Podem comparar-se a fora de dois ou mais cidos, comparando as suas constantes de acidez. Nota: Consultar tabela de constantes de acidez.

2.1 cidos e bases fortes Na situao de cidos e bases fortes em soluo aquosa, a concentrao dos ons presentes no meio igual molaridade. A figura abaixo representa de uma maneira esquemtica o que acontece com um cido forte em soluo em equilbrio.

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Para a reao: HCl(aq) + H2O(l) Cl-(aq) + H3O+(aq) A Lei da Ao das massas conduz a um valor muito elevado para Ka. Logo a dissociao do cido uma reao muito extensa com um grau de dissociao () muito elevado. Assim a reao deve ser traduzida pelo seguinte esquema: HCl(aq) + H2O(l) Cl-(aq) + H3O+(aq) A reao inversa muito pouco extensa, logo considera-se o nion Cl - uma base muito fraca. Se o valor de Ka (HA) muito elevado o valor de Kb(A-) muito pequeno. Em solues, o cido forte geralmente a nica fonte de H +. (Se a concentrao em quantidade de matria do cido menor do que 10 -6 mol/L, a auto-ionizao da gua precisa ser considerada). Assim, o pH da soluo a concentrao em quantidade de matria inicial do cido. Os cidos comuns mais fortes so HCl, HBr, HI, HNO 3, HClO3, HClO4, e H2SO4. cidos fortes so eletrlitos fortes. Por exemplo: Uma soluo aquosa 0,10 M de um cido forte, cido clordrico, HCl, [H+] = 0,10 M e [Cl-] = 0,10 M; a concentrao de HCl virtualmente zero. O pH desta soluo : pH = - log [H+] = - log (0,10) = 1. J a maioria dos hidrxidos inicos so bases fortes (por exemplo, NaOH, KOH, e Ca(OH) 2). As bases fortes so eletrlitos fortes e dissociam-se completamente em soluo. O pOH (e, conseqentemente, o pH) de uma base forte dado pela concentrao em quantidade de matria inicial da base.

2.2 cidos e bases fracas Os cidos fracos so apenas parcialmente ionizados em soluo. Em uma soluo aquosa de cidos e bases fracas existe o equilbrio entre ons e espcies qumicas dos cidos ou bases no ionizao ou dissociao, ou seja, existe uma mistura de ons e cido no-ionizado em soluo, eDSc. Jussara Aparecida de Oliveira Cotta. Professora da faculdade de Engenharia /UEMG, Joo Monlevade MG. E-mail: japcotta@hotmail.com Publicao Dest