15.8: 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 apenas parcialmente e são então classificados como bases fracas. Estes tipos de compostos também são abundantes na natureza e em utilidades importantes em várias tecnologias. Por exemplo, a produção global da base fraca amoníaco é normalmente superior a 100 toneladas métricas por ano, sendo amplamente utilizada como fertilizante agrícola, matéria-prima para a síntese química de outros compostos, e um ingrediente ativo nos produtos de limpeza domésticos. Quando dissolvido em água, o amoníaco reage parcialmente para produzir iões hidróxido, como se mostra aqui:

Trata-se, por definição, de uma reação ácido-base, neste caso envolvendo a transferência de iões H⁺ de moléculas de água para moléculas de amoníaco. Em condições típicas, apenas cerca de 1% do amoníaco dissolvido está presente como iões NH₄⁺.

Cálculo das Concentrações de Iões Hidróxido e de pOH em uma Solução de Base Fraca

Encontrar a concentração de iões hidróxido, o pOH e o pH de uma solução de trimetilamina a 0,25 M, uma base fraca:

A tabela ICE para este sistema é

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

Assumindo que x << 0,25 e resolvendo para x obtemos

Este valor é inferior a 5% da concentração inicial (0,25), pelo que o pressuposto é justificado.

Como definido na tabela ICE, x é igual à concentração de equilíbrio do ião hidróxido:

O pOH é calculado para ser

Utilizando a relação;

é permitido o cálculo do pH:

Determinação da K_b a partir do pH

Se o pH de solução de etilamina (C₂H₅NH₂) a 0,28 M for 12,10, qual é a sua K_b?

Para calcular a K_b da etilamina, primeiro é necessário determinar o pOH e a concentração de iões hidróxido. Como o pH é 12,10, o pOH pode ser calculado da seguinte forma:

Como o pOH é 1,90, a concentração de iões hidróxido da solução pode ser calculada usando a fórmula

A tabela ICE pode ser construída para este sistema como se segue

Uma vez que o valor de 0,0126 M é 4,5% de 0,28 M, 0,28 − 0,0126 pode ser considerado quase igual a 0,28 M pela regra dos 5%.

Após a substituição dos valores acima referidos na expressão para a K_b da etilamina,

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

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.