15.7
Soluções de Bases Fracas
Alguns compostos produzem iões hidróxido quando dissolvidos ao reagir quimicamente com moléculas de água. Em todos os casos, estes compostos reagem ap…
Uma base fraca, como o amoníaco, é uma base Brønsted que aceita um protão de água para produzir o íon hidróxido. As bases fracas reagem parcialmente com a água de acordo com a sua constante de dissociação de base, Kb, que é 1, 76 10-⁵ para o amoníaco. O Kb para o amoníaco pode ser expresso com a concentração do íon de amónio vezes a concentração do íon hidróxido dividida pela concentração de amoníaco em equilíbrio.
O Kb pode ser utilizado para determinar a concentração de íons hidróxidos numa solução de base fraca e consequentemente, a pOH e o pH da solução. A concentração de íons hidróxidos e o pH de 0, 23 mols da solução de amoníaco pode ser determinada utilizando a sua constante de dissociação de base e preparando uma tabela ICE que contém Os valores iniciais e de Equilíbrio do amoníaco, íons de amoníaco e íons hidróxidos. A substituição das concentrações de equilíbrio na expressão Kb, onde Kb é igual a x vezes x dividido por 0, 23 menos x.
Como as bases fracas mostram uma dissociação parcial, 0, 23 menos x pode ser considerado aproximadamente 0, 23. Quando a equação é resolvida, x igual a 2 10-³ molar. A aproximação 0, 23 menos x é igual a 0, 23 é válida aqui como a concentração de íons hidróxidos é apenas 0, 86%de 0, 23 molar.
Para calcular o pH desta solução, determinemos primeiro a pOH tomando o registo negativo da concentração de íons hidróxidos, o que equivale a 2, 70. O pH pode ser determinado utilizando a fórmula:pH mais pOH igual a 14 e calculado para ser 11.30. O Kb para uma solução de base fraca pode ser calculada se o pH da solução de base fraca for conhecida.
A metilamina é uma base fraca que parcialmente se dissocia na água em íons de metilamónio e íons hidróxidos. O Kb para a metilamina pode ser expresso como a concentração de íons de metilamónio vezes a concentração de íons hidróxidos divididos pela concentração de metilamina em equilíbrio. Para calcular o Kb de uma solução 0, 040 molar de metilamina com pH 11, 6, primeiro o pOH precisa de ser calculado, seguido da sua concentração de íons hidróxidos.
Como o pH é 11, 60, o pOH é 2, 40, e a sua concentração de íons hidróxidos é de 4, 0 10-³. A tabela ICE pode ser construída a partir das concentrações inicial e de equilíbrio da metilamina, metilamónio e hidróxido. A substituição das concentrações de equilíbrio na expressão para o valor de Kb de rendimento para Kb, é de 4, 4 10-⁴.
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Q1: What is a weak base and how does it differ from a strong base?
A weak base is a Brønsted base that accepts a proton from water to produce hydroxide ions, but reacts only partially with water. Unlike strong bases that completely dissociate, weak bases establish an equilibrium between the molecular form and ionized products. Ammonia is a common example, with only about 1% of dissolved ammonia present as ammonium ions under typical conditions.
Q2: How is the base dissociation constant used to calculate hydroxide ion concentration?
The base dissociation constant (Kb) expresses the ratio of product concentrations to reactant concentration at equilibrium. For ammonia, Kb = 1.76 × 10⁻⁵. By constructing an ICE table with initial and equilibrium concentrations, you substitute values into the Kb expression to solve for hydroxide ion concentration, which then determines pOH and pH of the solution.
Q3: What is the ICE table method and why is it useful for weak base problems?
The ICE table tracks Initial, Change, and Equilibrium concentrations of all species in a weak base equilibrium. It organizes data systematically, showing how concentrations shift from initial values to equilibrium. This method simplifies substitution into the Kb expression and helps identify which concentrations to use when calculating hydroxide ion concentration and subsequent pH values.
Q4: How do you calculate pH from pOH in a weak base solution?
First, calculate pOH by taking the negative logarithm of hydroxide ion concentration. Then use the relationship pH + pOH = 14 to find pH. For example, a 0.23 M ammonia solution with hydroxide ion concentration of 2 × 10⁻³ M yields pOH of 2.70 and pH of 11.30, confirming the basic nature of the solution.
Q5: Can you determine Kb if you know the pH of a weak base solution?
Yes. Convert pH to pOH using pH + pOH = 14, then calculate hydroxide ion concentration from pOH. Construct an ICE table using the known initial concentration and calculated hydroxide ion concentration at equilibrium. Substitute these values into the Kb expression to solve for the base dissociation constant of the weak base.
Q6: Why is the approximation that x is negligible valid in weak base calculations?
Weak bases show partial dissociation, so the change in concentration (x) is typically very small compared to the initial concentration. The approximation is valid when x is less than 5% of the initial concentration. For ammonia, x = 2 × 10⁻³ M is only 0.86% of 0.23 M, justifying the simplification and making calculations manageable.
Q7: What are common applications of weak bases like ammonia?
Ammonia is produced globally in quantities exceeding 100 metric tons annually. It serves as an agricultural fertilizer, a raw material for chemical synthesis of other compounds, and an active ingredient in household cleaners. Its partial dissociation in water and resulting hydroxide ion production make it valuable across industrial, agricultural, and consumer applications.