15.7:

15.7: Soluções de Ácidos Fracos

Weak Acid Solutions

JoVE Core
Chemistry

A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.

JoVE Core Chemistry

Weak Acid Solutions

15.6: Strong Acid and Base Solutions

15.8: Weak Base Solutions

37,208 Views

•

04:02 min

•

September 24, 2020

Overview

Poucos compostos agem como ácidos fortes. Um número muito maior de compostos comporta-se como ácidos fracos e reage apenas parcialmente com a água, deixando uma grande maioria de moléculas dissolvidas na sua forma original e gerando uma quantidade relativamente pequena de iões hidrónio. Os ácidos fracos são comumente encontrados na natureza, sendo as substâncias parcialmente responsáveis pelo sabor acídico de frutas cítricas, a sensação de ardor de picadas de insetos, e os cheiros desagradáveis associados ao odor corporal. Um exemplo familiar de um ácido fraco é o ácido acético, o ingrediente principal no vinagre:

O uso de uma seta dupla na equação acima denota o aspecto de reação parcial deste processo. Quando dissolvido em água em condições típicas, apenas cerca de 1% das moléculas de ácido acético estão presentes na forma ionizada, CH₃COO⁻.

Cálculo das Concentrações de Iões Hidrónio e do pH de uma Solução de Ácido Fraco

O ácido fórmico, HCO₂H, é um irritante que causa a reação do corpo a algumas picadas e mordidas de formigas. Qual é a concentração de iões hidrónio e o pH de uma solução de ácido fórmico a 0,534-M?

A tabela ICE para este sistema é

	HCO₂H (aq)	H₃O⁺(aq)	HCO₂⁻*(aq)*
Concentração Inicial (M)	0,534	~0	0
Alteração (M)	−x	+x	+x
Concentração em Equilíbrio (M)	0,534 − x	x	x

Substituindo os termos de concentração de equilíbrio na expressão de K_a obtemos

A concentração inicial relativamente grande e a constante de equilíbrio pequena permitem a suposição de simplificação de que x será muito menor que 0,534, e assim a equação torna-se

Resolvendo a equação para x obtemos

Para verificar a suposição de que x é pequeno em comparação com 0,534, a sua magnitude relativa pode ser estimada:

Uma vez que x é inferior a 5% da concentração inicial, o pressuposto é válido. Conforme definido na tabela ICE, x é igual à concentração de equilíbrio de iões hidrónio:

Por fim, o pH é calculado para ser

Determinação de K_a a partir do pH

O pH de uma solução de ácido nitroso, HNO₂, a 0,0516 M é de 2,34. Qual é a sua K_a?

A concentração de ácido nitroso fornecida é uma concentração formal, que não tem em conta quaisquer equilíbrios químicos que possam ser estabelecidos em solução. Essas concentrações são tratadas como valores “iniciais” para os cálculos de equilíbrio utilizando a abordagem da tabela ICE. Observe que o valor inicial de iões hidrónio está listado como aproximadamente zero, pois uma pequena concentração de H₃O⁺ está presente (1 × 10⁻⁷ M) devido à autoionização da água. Em muitos casos, esta concentração é muito menor do que aquela gerada pela ionização do ácido (ou base) em questão e pode ser negligenciada.

O pH fornecido é uma medida logarítmica da concentração de iões hidrónio resultante da ionização ácida do ácido nitroso, representando assim um valor de “equilíbrio” para a tabela ICE:

A tabela ICE para este sistema é então

	HNO₂(aq)	H₃O⁺(aq)	NO₂⁻(aq)
Concentração Inicial (M)	0,0516	~0	0
Alteração (M)	−0,0046	+0,0046	+0,0046
Concentração em Equilíbrio (M)	0,0470	0,0046	0,0046

Por fim, calcula-se o valor da constante de equilíbrio utilizando os dados da tabela:

Este texto é adaptado de Openstax, Chemistry 2e, Section 4.2: Classifying Chemical Reactions e Openstax, Chemistry 2e,14.3 Relative Strengths of Acids and Bases.

Transcript

Um ácido fraco, como o ácido cianídrico, é um ácido Brønsted pois doa um próton à molécula de água e produz o íon hidrônico. Um ácido fraco dissocia-se parcialmente na água de acordo com a sua constante de dissociação ácida, Ka, que é 4, 9 10-¹⁰ para o ácido cianídrico. Para o ácido cianídrico, o Ka é igual à concentração hidrônica vezes a concentração de íons de cianeto divididos pela concentração do ácido cianídrico.

A constante de dissociação ácida, Ka, pode ser utilizada para determinar a concentração de íons hidrônicos numa solução ácida fraca e consequentemente, o pH da solução. A concentração de íons hidrônicos e o pH de uma solução mols de 0, 15 de ácido cianídrico pode ser calculada utilizando a sua expressão de equilíbrio e uma tabela ICE. As concentrações de ácido cianídrico, hidrónio, e cianeto inicialmente e em equilíbrio podem ser expressas numa tabela que mostra as concentrações Inicial, de Alteração, e de Equilíbrio de cada uma das moléculas.

Para alcançar o equilíbrio, a concentração inicial dos reagentes diminui como a concentração inicial dos produtos aumenta de acordo com as suas proporções molses. Esta alteração na concentração dos reagentes e produtos é assinalada por x. A substituição das concentrações de equilíbrio na expressão para os rendimentos Ka x vezes x dividido por 0, 15 menos x.

Em muitos ácidos fracos, x, a quantidade de dissociação, é provável que seja muito pequena em comparação com a concentração inicial de 0, 15 mols. 0, 15 menos x pode ser aproximadamente 0, 15. Quando a equação é resolvida, x é igual a 8, 6 10-⁶ mols.

A aproximação, 0.15 menos x igual a 0, 15, só é válido se x for menos do que 5%de 0, 15 mols. Aqui, x é 0, 0057%de 0, 15 mols e daí esta aproximação é válida. Por conseguinte, a concentração de hidrónio é de 8, 6 10-⁶ mols.

Para determinar o pH, tome o registo negativo da concentração de íons hidrônicos. A resolução desta questão mostra o pH do ácido cianídrico 0, 15 M A solução é 5.07. O pH de uma solução pode ser utilizado para determinar o Ka de um ácido fraco.

Por exemplo, o ácido acético dissocia-se parcialmente em íons hidrônicos e íons de acetato quando dissolvido em água. O Ka para o ácido acético pode ser expresso como a concentração de íons hidrônicos vezes a concentração de íons de acetato dividida pela concentração de ácido acético. Se o pH de uma solução de ácido acético 0, 20 mols é de 2, 72, a sua concentração de hidrónio pode ser calculada, sendo 1, 9 10-³ mols.

A tabela ICE pode ser construída a partir das concentrações inicial e de equilíbrio do ácido acético, íons hidrônicos e íons de acetato. Utilizando números significativos, 0, 20 menos 1, 9 10-³ é essencialmente igual a 0, 20. Ao substituir os valores de Equilíbrio na expressão Ka, Ka equivale a 1, 8 10-⁵.

Key Terms and definitions

Learning Objectives

Questions that this video will help you answer

This video is also useful for

Tags

Soluções Ácidas Fracas Ácido Cianídrico Ácido de Brønsted Doação de Prótons Íon Hidrônio Constante de Dissociação Ácida Ka Concentração Íons Cianeto PH Expressão de Equilíbrio Tabela ICE Reagentes Produtos Razões Molares X Quantidade de Dissociação