o .indústrias químicas: indústrias químicas:...
TRANSCRIPT
cas
es Q
uím
i
P i i i Tó i Ab d d
orm
açõe Principais Tópicos Abordados
Indústrias químicas:
–Tr
ansf
o .Indústrias químicas:
Processo Haber – Equilíbrio químico: Lei de Ação das Massas e
constante de equilíbrio Fatores que afetam o equilíbrio químico Kp e Kc;
BC
0307
– constante de equilíbrio. Fatores que afetam o equilíbrio químico. Kp e Kc;
Processo Solvay – Solubilidade, Kps;
Equilíbrio ácido-baseB Equilíbrio ácido base
Sistema tampão
cas
es Q
uím
ior
maç
õe–
Tran
sfo
BC
0307
–B
Definições de Ácidos e BasesUsanovich
Eletrônica
cas Ionotrópica
es Q
uím
i
ArrheniusProtônica SistemasSolventes
orm
açõe
Lux
–Tr
ansf
o Lux
BC
0307
–
Relações Conceituais Relações HistóricasB
Química Nova, 23 (1), 2000, 126 – 133.
Ácido: espécie que ao reagir com água produz íon
cas
H3O+ (hidroxônio).SO2 (g) + 2 H2O (l) H3O+ (aq) + HSO3
-(aq)
es Q
uím
i
Base: espécie que ao reagir com água produz íons
orm
açõe OH- (hidroxila).
Na2O (s) + H2O (l) 2 Na+ (aq) + 2 OH- (aq)
–Tr
ansf
oB
C03
07 –
B
cas
Ácido: espécie doadora de H+. Base: espécie receptora de H+
.
es Q
uím
i
Esta teoria prevê a formação de pares conjugados:
orm
açõe
NH3 (aq) + H2O (l) NH4+ (aq) + OH- (aq)
Base Ácido Ácido Base
–Tr
ansf
o
HNO2 (aq) + H2O (l) NO2- (aq) + H3O+ (aq)
BC
0307
– 2 ( q) 2 ( ) 2 ( q) 3 ( q)Ácido Base Base Ácido
ÁCIDOS E BASES ESTÃO RELACIONADOS ENTRE SIB ÁCIDOS E BASES ESTÃO RELACIONADOS ENTRE SI PELA PERDA OU GANHO DE H+
cas
es Q
uím
i
ácido base
orm
açõe
–Tr
ansf
oB
C03
07 –
á idB ácidobase
cas
es Q
uím
ior
maç
õe–
Tran
sfo
BC
0307
–B
• Ácido: receptor de par de elétrons.ca
s
• Base: doador de par de elétrons.
HH
+
es Q
uím
i
N H + H+
N
H
HHÁcido
orm
açõe H
HÁcido
Base
–Tr
ansf
oB
C03
07 –
Ácido de Lewis
B
cas
es Q
uím
ior
maç
õe–
Tran
sfo
BC
0307
–B
cas
es Q
uím
ior
maç
õe–
Tran
sfo
BC
0307
–B
cas
es Q
uím
ior
maç
õe–
Tran
sfo
BC
0307
–B
cas
es Q
uím
ior
maç
õe–
Tran
sfo
BC
0307
–B
cas
es Q
uím
ior
maç
õe–
Tran
sfo
BC
0307
–B
H2O (l) + H2O (l) H3O+ (aq) + OH- (aq)
cas
2 ( ) 2 ( ) 3 ( q) ( q)
OH-OH-
es Q
uím
i OHOH
orm
açõe H3O+H3O+
–Tr
ansf
oB
C03
07 – ConstanteConstante de de EquilibrioEquilibrio = = KKww
KKww = [H= [H33OO++] [OH] [OH--] =] = 11..0000 xx 1010--1414 aa 2525 ooCCB KKww [H [H33OO ] [OH] [OH ] ] 11..00 00 x x 1010 a a 25 25 CC
ConstanteConstante de de EquilibrioEquilibrio = = KKww
cas KKww = [H= [H33OO++] [OH] [OH--] = ] = 11..00 00 x x 1010--1414 a a 25 25 ooCC
es Q
uím
ior
maç
õe
Kw = [H+] [OH -] = [x][x] [H+] = [OH -] = 1,0 x 10 – 7 mol/L
–Tr
ansf
o
Ou: - log Kw = - log [H+] + (- log [OH-])
pKw = pH + pOH (notação mais prática!)
BC
0307
– pKw = pH + pOH (notação mais prática!)
pH + pOH = 14,0
B
]OHlog[pOH]Hlog[]OHlog[pH - ]OHlog[pOH ]Hlog[]OHlog[pH 3 ca
s
QualQual o pH de o pH de umauma soluçãosolução 00..0010 0010 M M NaOHNaOH? ?
NaOHNaOH é é umauma base forte!base forte!
es Q
uím
i NaOHNaOH é é umauma base forte!base forte!
[OH[OH--]] = = 11..00xx1010--33 MM1111
orm
açõe [H[H3OO++] = ] = 11..0 0 x x 1010--1111 MM
pH = pH = -- log (log (11..0 0 x x 1010--1111) = ) = 1111..0000
–Tr
ansf
o pp g (g ( ))
S l ãS l ã Bá iBá i H H 77
BC
0307
– SoluçãoSolução BásicaBásica pH > pH > 77SoluçãoSolução NeutraNeutra pH = pH = 77B çç ppSoluçãoSolução ÁcidaÁcida pH < pH < 77
Escala de pHca
ses
Quí
mi
orm
açõe
–Tr
ansf
oB
C03
07 –
B
cas
es Q
uím
ior
maç
õe–
Tran
sfo
BC
0307
–B
cas
es Q
uím
i
pKa = -log Ka
orm
açõe
–Tr
ansf
oB
C03
07 –
pKb = -log Kb
B
RelaçãoRelação entre Kentre Kaa, K, Kbb, [H, [H33OO++] e pH] e pHca
ses
Quí
mi
orm
açõe
–Tr
ansf
o
Grau de Ionização
BC
0307
–B
cas
es Q
uím
ior
maç
õe–
Tran
sfo
BC
0307
–B
cas
es Q
uím
ior
maç
õe–
Tran
sfo
BC
0307
–B
O á id li óti tê i d ót
cas
• Os ácidos polipróticos têm mais de um prótonionizável;
es Q
uím
i
• Os prótons são removidos em etapas:
H SO ( ) H+( ) + HSO -( ) K 1 7 10 2
orm
açõe H2SO3(aq) H+(aq) + HSO3
-(aq) Ka1 = 1.7 x 10-2
HSO3-(aq) H+(aq) + SO3
2-(aq) Ka2 = 6.4 x 10-8
–Tr
ansf
o
• É sempre mais fácil remover o primeiro próton emá id li óti d d
HSO3 (aq) H (aq) SO3 (aq) Ka2 6.4 x 10
BC
0307
– um ácido poliprótico do que o segundo.
C ü t t K K K tB • Conseqüentemente, Ka1 > Ka2 > Ka3 etc.
cas
es Q
uím
ior
maç
õe–
Tran
sfo
BC
0307
–B
TemTem--se se 11..00 00 M M HOAcHOAc. . CalculeCalcule asas concentraçõesconcentrações de de HOAHOA H H OO++ OAOA -- ilíb iilíb i HH
cas
HOAcHOAc, H, H33OO++, , OAcOAc-- no no equilíbrioequilíbrio e oe o pH.pH.
es Q
uím
i
HOAcHOAc + H+ H22O HO H33OO++ + + OAcOAc-- KKaa = = 11..88xx1010--55
1100 PassoPasso:: DefinaDefina as as concentraçõesconcentrações no no equiílbrioequiílbrio
orm
açõe
11 PassoPasso:: DefinaDefina as as concentraçõesconcentrações no no equiílbrioequiílbrio
[[HOAcHOAc]] [H[H33OO++]] [[OAcOAc--]]
–Tr
ansf
o
inicialinicial 11..0000 00 00variaçãovariação --xx +x+x +x+x
BC
0307
– variaçãovariação xx +x+x +x+xequilíbrioequilíbrio 11..0000--xx xx xx
B
Note Note queque [H[H33OO++] ] provenienteproveniente da Hda H22O O podepode ser ser desconsideradodesconsiderado nessenesse casocaso
TemTem--se se 11..00 00 M M HOAcHOAc. . CalculeCalcule asas concentraçõesconcentraçõesd d HOAHOA H H OO++ OAOA -- ilíb iilíb i HH
cas
de de HOAcHOAc, H, H33OO++, , OAcOAc-- no no equilíbrioequilíbrio e oe o pH.pH.HOAcHOAc + H+ H22O HO H33OO++ + + OAcOAc--
es Q
uím
i
2200 PassoPasso:: EscrevaEscreva a a expressãoexpressão de de equilíbrioequilíbrio
[H O+][OA -] 2
orm
açõe Ka 1.8 x 10-5 = [H3O+][OAc-]
[HOAc] x2
1.00 - x
–Tr
ansf
o
3300 PassoPasso: : ResolvaResolva assumindoassumindo queque x é x é muitomuito pequenopequeno, , umauma vezvez queque Ka <<< Ka <<< 00. .
BC
0307
Ka 1.8 x 10-5 = x2
1.00B
3300 PassoPasso: : ResolvaResolva assumindoassumindo queque x é x é muitomuito pequenopequeno, , K K 00
cas
5 x2
umauma vezvez queque Ka <<< Ka <<< 00. .
es Q
uím
i Ka 1.8 x 10-5 = x1.00
[[KK 11 0000]]11//22
orm
açõe x = x = [[KKaa • • 11..0000]]11//22
x =x = 44..22 xx 1010--33 MM
–Tr
ansf
o x x 44..2 2 x x 1010 M M
[[HH33OO++] = [] = [OAcOAc--] ] = = 44..2 2 x x 1010--33 M M
BC
0307
–
pH = pH = -- log [log [HH33OO++] = ] = --log (log (44..2 2 x x 1010--33) = ) = 22..3737
B
ConsidereConsidere a a expressãoexpressão aproximadaaproximada
cas Ka 1.8 x 10-5 = x2
1.00 x [H3O+ ] = [Ka • 1.00]1/2
es Q
uím
i
P/ P/ muitosmuitos ácidosácidos fracosfracos
orm
açõe [H[H33OO++] = ] = [base conj.] [base conj.] = [K= [Kaa • C• Coo]]11//22
EE CC i i i li i i l dd á idá id
–Tr
ansf
o EmEm queque CC00 = = concconc. . inicialinicial de de ácidoácidoDicaDica::
BC
0307
– cacaSe Se 100100•K•Ka a < C< Coo, , entãoentão [H[H33OO++] = [] = [KKaa•C•Coo]]11//22
B
Caso contrário temos que resolver a equação quadrática
CalculeCalcule o pH de o pH de umauma soluçãosolução 00..0010 0010 M de M de ácác. . fórmicofórmico HCO HCO HH
cas
fórmicofórmico, HCO, HCO22H.H.HCOHCO22H + HH + H22O HCOO HCO22
-- + H+ H33OO++
es Q
uím
i
KKaa = = 11..8 8 x x 1010--44
SoluçãoSolução aproximadaaproximada
orm
açõe
çç pp
[H[H33OO++] ] = = [K[Kaa • C• Coo]]11//22 = = 44..2 2 x x 1010--44 M, M, pH = pH = 33..3737SoluçãoSolução ExataExata
–Tr
ansf
o SoluçãoSolução ExataExata[H[H33OO++] = [] = [HCOHCO22
--] = ] = 33..4 4 x x 1010--44 MM
BC
0307
–
[[HCOHCO22HH] = ] = 00..0010 0010 -- 33..4 4 x x 1010--44 = = 00..0007 0007 MMpH = pH = 33..47 47 B pp
Portanto, nesse caso temos que resolver a expressão quadrática!
CalculeCalcule o pH de o pH de umauma soluçãosolução 00 10 10 M de NaM de Na22COCO33
cas
CalculeCalcule o pH de o pH de umauma soluçãosolução 00..10 10 M de NaM de Na22COCO33. . NaNa22COCO3 3 2 2 NaNa+ + ++ COCO33
22--
es Q
uím
i
COCO3322-- ++ HH22O O HCOHCO33
-- + OH+ OH--
basebase áácidocido áácidocido basebase KKbb = = 22..1 1 x x 1010--44
orm
açõe
basebase áácidocido áácidocido basebase KKbb 22..1 1 x x 1010
11oo PassoPasso:: Monte Monte umauma tabelatabela de de concentraçõesconcentrações
–Tr
ansf
o 11 PassoPasso:: Monte Monte umauma tabelatabela de de concentraçõesconcentrações[CO[CO33
22--]] [HCO[HCO33--]] [OH[OH--] ]
inicialinicial 00 1010 00 00
BC
0307
– inicialinicial 00,,1010 00 00variaçãovariação --xx +x+x +x+xequilibequilib 00 1010--xx +x+x +x+xB equilibequilib.. 00,,1010 xx +x+x +x+x
22oo PassoPasso: : ResolvaResolva a a expressãoexpressão de de equilíbrioequilíbrioca
s Kb = 2.1 x 10-4 = [HCO3-][OH-]
[CO32 ] x2
0.10 - x
es Q
uím
i
Assuma que 0.10 - x ≈ 0.10 porque 100•Kb < Cox = [HCO3
-] = [OH-] = 0.0046 M
orm
açõe
x [HCO3 ] [OH ] 0.0046 M
33oo PassoPasso: : CalculeCalcule o o pHpH
–Tr
ansf
o
[OH[OH--] = ] = 00..0046 0046 M M pOHpOH = = -- log [OHlog [OH--] = ] = 22..3434
pH + pH + pOHpOH = = 1414
BC
0307
– pH + pH + pOHpOH = = 1414, ,
PortantoPortanto pH = pH = 1111..6666, e a , e a soluçãosolução é ________. é ________. BÁSICA
B pp ________________
CalculeCalcule o pH da o pH da soluçãosolução queque resultaresulta da da misturamistura de de 25 25 LL d NHd NH 00 016 016 M M 25 25 LL d d HClHCl 00 016 016 MM
cas
25 25 mLmL de NHde NH33 00,,016 016 M com M com 25 25 mLmL de de HClHCl 00,,016 016 MM
11oo PP EE õõ b l db l d
es Q
uím
i 11oo PassoPasso: : EscrevaEscreva as as equaçõesequações balanceadasbalanceadasNHNH33((aqaq)) + H+ H33OO++
((aqaq) ) NHNH44++
((aqaq)) ++ HH22OO(l)(l)i ti t d d HClHCl
orm
açõe provenienteproveniente do do HClHCl
NHNH44++
((aqaq)) ++ HH22OO(l)(l) NHNH33((aqaq)) + H+ H33OO++((aqaq) )
–Tr
ansf
o
22oo PassoPasso: E: EstequiometriastequiometriaHClHCl idid 00 025 025 L L 00 016 016 l/L l/L 44 00 1010 44 ll
BC
0307
– HClHCl consumidoconsumido: : 00,,025 025 L x L x 00,,016 016 mol/L = mol/L = 44,,00xx1010--44 molmolNHNH33 consumidoconsumido: : 00,,025 025 L x L x 00,,016 016 mol/L = mol/L = 44,,00xx1010--44 molmol
B
ReaçãoReação 11::11::1 1 portantoportanto formamformam 44,,00xx1010--44 mol de NHmol de NH44++
emem 50 50 mLmL, , portantoportanto [NH[NH44++] = ] = 88,,00xx1010--33 MM
NHNH44++
(( )) ++ HH22OO(l) (l) NHNH33(( )) + H+ H33OO++(( ) )
33oo PassoPasso:: Monte Monte umauma tabelatabela de de concentraçõesconcentrações
NHNH44 ((aqaq)) ++ HH22OO(l) (l) NHNH33((aqaq)) + H+ H33OO ((aqaq) ) ca
s
33 PassoPasso:: Monte Monte umauma tabelatabela de de concentraçõesconcentrações[[NHNH44
++]] [[NHNH33]] [[HH33OO++] ] inicialinicial 00 008008 00 00
es Q
uím
i inicialinicial 00,,008008 00 00variaçãovariação --xx +x+x +x+xequilibequilib 00 008008 xx +x+x +x+x
orm
açõe equilibequilib.. 00,,008008--xx +x+x +x+x
44oo PassoPasso: : ResolvaResolva a a expressãoexpressão de de equilíbrioequilíbrio
–Tr
ansf
o
Ka = 5,6x10-10 = [H3O+][NH3] = (x)(x)[NH +] 0 008-x
BC
0307
– [NH4 ] 0,008-x
x = 2,1x10-6 M = [H3O+] = [NH3] B [ 3 ] [ 3]
pH = 5,67
é um caso especial de efeito de íon comum.
cas
resistem a mudanças no pH da solução. contém uma base capaz de consumir os íons H3O+
di i d á id d i i OH
es Q
uím
i adicionados e um ácido capaz de reagir com ions OH-
adicionado. O ácido e a base não devem reagir entre si
orm
açõe
O ácido e a base não devem reagir entre si.
É composto de:
–Tr
ansf
o
ÁcidoÁcido FracoFraco + + Base Base conjugadaconjugadaHOAcHOAc ++ OAcOAc--
HH POPO ++ HPOHPO 22
BC
0307
– HH22POPO44-- ++ HPOHPO44
22--
Base Base fracafraca + + ÁcidoÁcido conjugadoconjugadoNHNH33 ++ NHNH44
++B NHNH33 ++ NHNH44
cas
es Q
uím
ior
maç
õe–
Tran
sfo
BC
0307
–B
cas
es Q
uím
ior
maç
õe–
Tran
sfo
BC
0307
–B
LembraLembra? ? DefiniçãoDefinição de de pKpKaaff pp aaca
s
A-H(aq) + H2O(l) H3O+(aq) + A-
(aq)
es Q
uím
i
[H3O+][A-]
[AH][H2O]Keq =
orm
açõe
[AH][H2O]
Keq [H2O] = Ka
–Tr
ansf
o eq [ 2 ] a
[H3O+][A-]Ka =
BC
0307
– [AH]a
pKpK == --log(Klog(K ))B pKpKaa = = log(Klog(Kaa))
HXHX ((aqaq))+ H+ H22OO HH33OO++((aqaq)) + X+ X--
((aqaq))((aqaq)) 22OO 33OO ((aqaq)) ((aqaq))
[H3O+][X-]K =
cas
[HX][H2O]Ka =
es Q
uím
i
[HX][X-]
[H3O+] = Ka
orm
açõe
]HX[
–Tr
ansf
o
]X[]HX[loglog]OHlog[ -3
aK
BC
0307
–
]X[logpKpH
][-
BASE BASE
CONJUGADACONJUGADA
B
]HX[logpKpH a
ÁCIDOÁCIDO
cas
Como preparar um tampão de pH = 4,30?
es Q
uím
i
POSSIVEIS ACIDOSPOSSIVEIS ACIDOS KKaa
orm
açõe HSOHSO44
-- / SO/ SO4422-- 1,2 x 101,2 x 10--22
HOAcHOAc / / OAcOAc-- 1 8 x 101 8 x 10--55
–Tr
ansf
o HOAcHOAc / / OAcOAc 1,8 x 101,8 x 10HCN / CNHCN / CN-- 4,0 x 104,0 x 10--1010
BC
0307
–B
Qual o pH de um tampão HOAc / OAc- com [CH3CO2H] = 0,70 M e [CH3CO2
-] = 0,60 M? ca
s
CH3CO2H + H2O H3O+ + CH3CO2-
es Q
uím
i
[CH3CO2H] [H3O+] [CH3CO2-]
i i i li i i l 00 7070 00 00 6060
orm
açõe inicialinicial 00,,7070 00 00,,6060
variaçãovariação --xx ++xx +x+xequilibequilib 00 7070--xx ++xx 00 6060 +x+x
–Tr
ansf
o equilibequilib.. 00,,7070--xx ++xx 00,,60 60 +x+x
== 11 88 xx 1010--55[H3O+][CH3CO2-]
K =
BC
0307
– = = 11,,8 8 x x 1010 55[CH3CO2H]Ka =
Sabendo que 0,70>>>> x e 0,60>>>> xB q , ,
x = 2,1x10-5 M pH = 4,68
Concentração do ácido e da base conjugada não é importante para o valor de pH
O que importa é a razãorazão entre os números de mols de cada um!
cas
Logo, a diluição de um tampão nãonão alteraaltera o pH da solução.
es Q
uím
i
A capacidade do tampão é a quantidade de ácido ou base neutralizada pelo tampão antes que haja uma alteração
orm
açõe
neutralizada pelo tampão antes que haja uma alteração significativa no pH.
A capacidade do tampão depende da quantidade do ácido e
–Tr
ansf
o p p p qda base conjugada utilizada na composição do tampão.
Quanto maiores são as quantidades de pares ácido-base
BC
0307
–
conjugados, maior é a capacidade do tampão.
B
cas
es Q
uím
ior
maç
õe–
Tran
sfo
BC
0307
–B
cas
es Q
uím
ior
maç
õe–
Tran
sfo
BC
0307
–B
cas
pH > 7 no pontode equivalência. Devido a base
es Q
uím
i Devido a baseconjugada do ácido fraco
orm
açõe
–Tr
ansf
oB
C03
07 –
B
cas
es Q
uím
i
pH < 7 no pontode equivalência. Devido ao ácido
orm
açõe conjugada da
base fraca
–Tr
ansf
oB
C03
07 –
B
Onde estudar?Onde estudar?1) ATKINS, P., JONES, L., Princípios de Química - Questionando a Vida Moderna e o Meio Ambiente, 3 ed., Porto Alegre: Bookman, 2006.
2) KOTZ, J. C., TREICHEL Jr., P., Química Geral e Reações Químicas, Vol. 1 e 2, 1 ed., São Paulo:
cas
Thomson Pioneira, 2005.
3) BRADY, J., HOLUM, J.R., RUSSELL, J. W., Química - a Matéria e Suas Transformações, V. 2, 3 ed., Rio de Janeiro: LTC, 2003.
es Q
uím
i
4) BROWN, T.L., Le MAY Jr., H.E.; BURSTEN, B.E., Química - a Ciência Central, 9 ed., São Paulo: Pearson, 2005.
orm
açõe 5) BROWN, L. S., HOLME T.A., Química Geral Aplicada à Engenharia, São Paulo: Cengage, 2009.
6) HOLUM, J.R., RUSSELL, J. W., BRADY, J., Química - a Matéria e Suas Transformações, V. 1, 3 ed., Rio de Janeiro: LTC, 2002.
–Tr
ansf
o
7) MAHAN, B.M., MYERS, R.J., Química – um Curso Universitário, 4 ed., São Paulo: Ed. Blücher, 1996.
8) MASTERTON, W.L., Princípios de Química, 6 ed., Rio de Janeiro: LTC, 1990.
BC
0307
–
Conceitos que devem ser estudados: Ácido de Bronsted, ácido de Lewis Equiíbrio ácido-base constantes de acidez eB ácido de Lewis, Equiíbrio ácido base, constantes de acidez e basicidade, pKa e pKb, Tampão
Gabarito Lista 05 - Equilíbrio8 108. [H+] = 3,98 x 10-8 molL-1
[-OH] = 6,03 x 10-7 molL-1
09 a) pH = 3 01
cas
09. a) pH = 3,01. b) pH = 6,96.c) pOH = 2,52 e pH = 11,47.
es Q
uím
i
10. [H+] = 1,26 x 10-3 molL-1
[HOAc] = 8,8 x 10-2 mol L-1
orm
açõe
15. ~2,0.10-3 mol L-1
16 a) Para PbSO4 a [SO42-]= 1 6 x 10-6 mol L-1
–Tr
ansf
o 16. a) Para PbSO4 a [SO4 ] 1,6 x 10 mol LPara BaSO4 a [SO4
2-]= 1,1 x 10-8 mol L-1
b) [Ba2+]= 6,875 x 10-5 mol L-1
BC
0307
– 18. Kps= [Ni2+][OH-]2 [OH-]= 8,06x10-8 pH=6,91
Kps= [Mg2+][OH-]2 [OH-]= 1,05x10-4 pH=10
B
Kps= [Ca2+][OH-]2 [OH-]= 0,074 pH=12,87
19) Sulfato de cálcio. [Ca2+]= 3,02x10-3 mol L-1
Hidróxido de cálcio. [Ca2+]= 1,11.10-2 mol L-1Hidróxido de cálcio. [Ca ] 1,11.10 mol LFosfato de cálcio. [Ca2+]= 2,14x10-6 mol L-1
20) pH maior que 1,4, porém não pode ultrapassar a 8,9.
cas
) p q , , p p p ,
21) a) O Cu(OH)2precipita primeiro. pH = 5,25b) [Cu2+] = 1,6 x 10-7 mol/L.
es Q
uím
i
22) 1,73 mL
orm
açõe 23) pH= 5,06
24) 4,34 mol L-1
–Tr
ansf
oB
C03
07 –
B