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BC0307 – Transformações Químicas Equilíbrio Químico

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Equilíbrio Químico

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- Avaliação do equilíbrio heterogêneo:

CaCO3(s) Ca2+ + CO32-

K=[Ca2+] . [CO3

2-]

[CaCO3]

K . [CaCO3] = [Ca2+] . [CO32-]

Kps = [Ca2+] . [CO32-]

H2O

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O conhecimento dos valores de Kps e das concentrações em soluçãopermite controlar a precipitação de espécies de interesse:

atingir o KpsConcentração necessária para ocorrer precipitação

•Se o produto iônico, Q, > Kps, a solução é supersaturada

•Se o produto iônico, Q, = Kps, a solução é dita saturada

•Se o produto iônico, Q, < Kps, a solução é insaturada e não há

formação de precipitado

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Resposta:

Solubilidade = [Pb2+] = 1.30 x 10-3 M

[I-] = ?

[I-] = 2 x [Pb2+] = 2.60 x 10-3 M

Considere PbI2 dissolvido em água PbI2(s) Pb2+(aq) + 2 I-(aq) Calcule Kps se a solubilidade = 1.30 x 10-3 M

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Resposta:

Kps = [Pb2+] [I-]2

= [Pb2+] {2 • [Pb2+]}2

Kps = 4 [Pb2+]3 = 4 (solubilidade)3

Kps = 4 (1.30 x 10-3)3 = 8.8 x 10-9

Considere PbI2 dissolvido em água PbI2(s) Pb2+(aq) + 2I-(aq) Calcule Kps se a solubilidade = 1.30 x 10-3 M

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Hg2Cl2(s) Hg22+(aq) + 2 Cl-(aq)

Kps = 1.1 x 10-18 = [Hg22+] [Cl-]2

Se [Hg22+] = 0.010 M, qual a [Cl-] necessária para

iniciar a precipitação do Hg2Cl2?

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Hg2Cl2(s) Hg22+(aq) + 2 Cl-(aq)

Kps = 1.1 x 10-18 = [Hg22+] [Cl-]2 Reconheça que:

Deve ser maior que

Se [Hg22+] = 0.010 M, qual [Cl-] é necessária

para iniciar a precipitação do Hg2Cl2?

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Hg2Cl2(s) Hg22+(aq) + 2 Cl-(aq)

Kps = 1.1 x 10-18 = [Hg22+] [Cl-]2

Resposta

Quanto tem-se de [Cl-] quando [Hg22+] = 0.010 M,

[Cl− ] =

Ksp0.010

= 1.1 x 10-8 M

Se essa concentração de Cl- for ultrapassada, Hg2Cl2 começa a precipitar.

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PbCl2

AgClCl-

Pb2+

Ag+

Solução: manter a [Cl-] em um valor suficiente para atingir o Kps do

AgCl (1,7 x 10-10), mas insuficiente para o Kps do PbCl2 (1,6 x 10-5).

Como fazer para precipitar apenas o AgCl?

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AgCl Ag+ + Cl-

[ ][ ]

,,

,ClKpsAg

xx M−

+

−−= = =

1 7 100 01

1 7 1010

8

PbCl2 Pb2+ + 2Cl-

[ ][ ]

,,

,ClKpsPb

xM−

+

= = =2

51 6 100 01

0 04

Por exemplo: se [Ag+] = [Pb2+] = 0,01 M, temos:

1,7x10-8 < [Cl-] < 0,04

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Ag(CH3CO2)(s) Ag+(aq) + CH3CO2-(aq)

O que acontece com o aquilíbrio ao adicionar AgNO3?

Forma-se Ag(CH3CO2)(s) e ocorre a precipitação!

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Exemplo: Qual a solubilidade molar do PbI2 em NaI 0.10 M?

PbI2(s) Pb2+(aq) + 2I-(aq)

Kps = [Pb2+][I-]2

Primeiro vamos analisar a solubilidade do PbI2 em água pura:

8,8 10-9 = y(2y)2

8,8 10-9 = 4y3

8,8 10-9 /4 = y3

y = 1,30 x10-3 mol/L

Kps = 8,8 10-9

Análise: NaI é solúvel em água e fornece o íon comum (I-).

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Portanto Solubilidade em água pura = y = 1,30 .10-3 M Solubilidade em presença de I- adicionado = x = 7,9. 10-7 M Princípio de Le Chatelier é obedecido!

válida)é inicial ãoconsideraç a portanto 0,10(

109,7ou )10,0(então 10,020,10 ][

72

<<

×==

≈+=−

xMxxK

xI

ps

Inicial 0 0,10 Variação +x +2x Equilíbrio +x +2x + 0,10

PbI2(s) Pb2+(aq) + 2I-(aq) Kps = [Pb2+][I-]2

Análise: NaI é solúvel em água e fornece o íon comum (I-).

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Ácido: espécie que ao reagir com água produz íon

H3O+ (hidroxônio). SO2 (g) + 2 H2O (l) H3O+ (aq) + HSO3

-(aq)

Base: espécie que ao reagir com água produz íons OH- (hidroxila).

Na2O (s) + H2O (l) 2 Na+ (aq) + 2 OH- (aq)

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Ácido: espécie doadora de H+. Base: espécie receptora de H+

.

Esta teoria prevê a formação de pares conjugados:

NH3 (aq) + H2O (l) NH4+ (aq) + OH- (aq)

Base Ácido Ácido Base

HNO2 (aq) + H2O (l) NO2- (aq) + H3O+ (aq)

Ácido Base Base Ácido

ÁCIDOS E BASES ESTÃO RELACIONADOS ENTRE SI PELA PERDA OU GANHO DE H+

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ácido

ácido

base

base

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• Ácido: receptor de par de elétrons.

• Base: doador de par de elétrons.

N

H

H

H + H+

N

H

H

HH

+

Ácido

Base

Ácido de Lewis

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H2O (l) + H2O (l) H3O+ (aq) + OH- (aq)

Constante de Equilibr io = Kw Kw = [H3O+] [OH-] = 1.00 x 10-14 a 25 oC

O H-

H3O+

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Kw = [H+] [OH -] = [x][x] [H+] = [OH -] = 1,0 x 10 – 7 mol/L

Ou: - log Kw = - log [H+] + (- log [OH-])

pKw = pH + pOH (notação mais prática!)

pH + pOH = 14,0

Constante de Equilibr io = Kw Kw = [H3O+] [OH-] = 1.00 x 10-14 a 25 oC

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]OHlog[pOH ]Hlog[]OHlog[pH -3 −=−=−= ++

Qual o pH de uma solução 0.0010 M NaOH?

NaOH é uma base forte!

[OH-] = 1.0x10-3 M

[H3O+] = 1.0 x 10-11 M

pH = - log (1.0 x 10-11) = 11.00

Solução Básica pH > 7 Solução Neutra pH = 7 Solução Ácida pH < 7

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Escala de pH

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pKa = -log Ka

pKb = -log Kb

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Relação entre Ka, Kb, [H3O+] e pH

Grau de Ionização

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Tem-se 1.00 M HOAc. Calcule as concentrações de HOAc, H3O+, OAc- no equilíbrio e o pH.

HOAc + H2O H3O+ + OAc- Ka = 1.8x10-5

10 Passo: Defina as concentrações no equiílbrio

[HOAc] [H3O+] [OAc-]

inicial 1.00 0 0

variação -x +x +x

equilíbrio 1.00-x x x

Note que [H3O+] proveniente da H2O pode ser desconsiderado nesse caso

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Tem-se 1.00 M HOAc. Calcule as concentrações de HOAc, H3O+, OAc- no equilíbrio e o pH.

HOAc + H2O H3O+ + OAc-

20 Passo: Escreva a expressão de equilíbrio

Ka = 1.8 x 10-5 = [H3O+][OAc- ][HOAc]

= x2

1.00 - x

30 Passo: Resolva assumindo que x é muito pequeno, uma vez que Ka <<< 0. Ka = 1.8 x 10-5 = x2

1.00

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Ka = 1.8 x 10-5 = x2

1.00

30 Passo: Resolva assumindo que x é muito pequeno, uma vez que Ka <<< 0.

x = [Ka • 1.00]1/2

x = 4.2 x 10-3 M

[H3O+] = [OAc-] = 4.2 x 10-3 M

pH = - log [H3O+] = -log (4.2 x 10-3) = 2.37

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Considere a expressão aproximada

Ka = 1.8 x 10-5 = x2

1.00 x = [H3O+ ] = [Ka • 1.00]1/2

P/ muitos ácidos fracos

[H3O+] = [base conj.] = [Ka • Co]1/2

Em que C0 = conc. inicial de ácido Dica: Se 100•Ka < Co, então [H3O+] = [Ka•Co]1/2

Caso contrário temos que resolver a equação quadrática

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Calcule o pH de uma solução 0.0010 M de ác. fórmico, HCO2H.

HCO2H + H2O HCO2- + H3O+

Ka = 1.8 x 10-4 Solução aproximada

[H3O+] = [Ka • Co]1/2 = 4.2 x 10-4 M, pH = 3.37 Solução Exata [H3O+] = [HCO2

-] = 3.4 x 10-4 M [HCO2H] = 0.0010 - 3.4 x 10-4 = 0.0007 M pH = 3.47

Portanto, nesse caso temos que resolver a expressão quadrática!

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Calcule o pH de uma solução 0.10 M de Na2CO3. Na2CO3 → 2 Na+ + CO3

2- CO3

2- + H2O HCO3- + OH-

base ácido ácido base Kb = 2.1 x 10-4 1o Passo: Monte uma tabela de concentrações [CO3

2-] [HCO3-] [OH-]

inicial 0,10 0 0 variação -x +x +x equilib. 0,10-x +x +x

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Kb = 2.1 x 10-4 = [HCO3- ][OH-]

[CO32− ]

= x2

0.10 - x

Assuma que 0.10 - x ≈ 0.10 porque 100•Kb < Co x = [HCO3

-] = [OH-] = 0.0046 M

2o Passo: Resolva a expressão de equilíbrio

3o Passo: Calcule o pH

[OH-] = 0.0046 M pOH = - log [OH-] = 2.34

pH + pOH = 14,

Portanto pH = 11.66, e a solução é ________. BÁSICA

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Calcule o pH da solução que resulta da mistura de 25 mL de NH3 0,016 M com 25 mL de HCl 0,016 M

1o Passo: Escreva as equações balanceadas NH3(aq) + H3O+

(aq) → NH4+

(aq) + H2O(l)

proveniente do HCl NH4

+(aq)

+ H2O(l) NH3(aq) + H3O+(aq)

2o Passo: Estequiometria HCl consumido: 0,025 L x 0,016 mol/L = 4,0x10-4 mol NH3 consumido: 0,025 L x 0,016 mol/L = 4,0x10-4 mol Reação 1:1:1 portanto formam 4,0x10-4 mol de NH4

+ em 50 mL, portanto [NH4

+] = 8,0x10-3 M

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3o Passo: Monte uma tabela de concentrações [NH4

+] [NH3] [H3O+] inicial 0,008 0 0 variação -x +x +x equilib. 0,008-x +x +x

NH4+

(aq) + H2O(l) NH3(aq) + H3O+

(aq)

4o Passo: Resolva a expressão de equilíbrio

Ka = 5,6x10-10 = [H3O+][NH3] = (x)(x) [NH4

+] 0,008-x x = 2,1x10-6 M = [H3O+] = [NH3] pH = 5,67

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é um caso especial de efeito de íon comum. resistem a mudanças no pH da solução. contém uma base capaz de consumir os íons H3O+ adicionados e um ácido capaz de reagir com ions OH- adicionado. O ácido e a base não devem reagir entre si.

É composto de:

Ácido Fraco + Base conjugada HOAc + OAc- H2PO4

- + HPO42-

Base fraca + Ácido conjugado NH3 + NH4

+

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Lembra? Definição de pKa

A-H(aq) + H2O(l) H3O+(aq) + A-

(aq)

[H3O+][A-]

[AH][H2O] Keq =

Keq [H2O] = Ka

[H3O+][A-]

[AH] Ka =

pKa = -log(Ka)

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Como preparar um tampão de pH = 4,30?

POSSIVEIS ACIDOS Ka HSO4

- / SO42- 1,2 x 10-2

HOAc / OAc- 1,8 x 10-5 HCN / CN- 4,0 x 10-10

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Qual o pH de um tampão HOAc / OAc- com [CH3CO2H] = 0,70 M e [CH3CO2

-] = 0,60 M?

[CH3CO2H] [H3O+] [CH3CO2-]

inicial 0,70 0 0,60 variação -x +x +x equilib. 0,70-x +x 0,60 +x

CH3CO2H + H2O H3O+ + CH3CO2-

= 1,8 x 10-5 [H3O+][CH3CO2-]

[CH3CO2H] Ka =

Sabendo que 0,70>>>> x e 0,60>>>> x

x = 2,1x10-5 M pH = 4,68

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Concentração do ácido e da base conjugada não é

importante para o valor de pH O que importa é a razão entre os números de mols de

cada um!

Logo, a diluição de um tampão não altera o pH da solução.

A capacidade do tampão é a quantidade de ácido ou base

neutralizada pelo tampão antes que haja uma alteração significativa no pH.

A capacidade do tampão depende da quantidade do ácido e da base conjugada utilizada na composição do tampão.

Quanto maiores são as quantidades de pares ácido-base conjugados, maior é a capacidade do tampão.

[H3O+ ] = Orig. conc. of HOAcOrig. conc. of OAc- • Ka

pH = pKa + log[Conj. base][Acid]