15.8: Misturas de Ácidos

O pH de uma solução contendo um ácido pode ser determinado utilizando a sua constante de dissociação do ácido e a sua concentração inicial. Se uma solução contiver dois ácidos diferentes, então o seu pH pode ser determinado usando um de vários métodos dependendo da força relativa dos ácidos e das suas constantes de dissociação.

Uma Mistura de um Ácido Forte e um Ácido Fraco

Em uma mistura de um ácido forte e um ácido fraco, o ácido forte dissocia-se completamente e torna-se uma fonte de quase todos os iões hidrónio presentes na solução. Em contraste, o ácido fraco apresenta dissociação parcial e produz uma concentração insignificante de iões hidrónio. A alta concentração de iões hidrónio produzidos pelo ácido forte reduz ainda mais a dissociação do ácido fraco. Isto acontece porque, de acordo com o princípio de Le Chatelier – “Quando um sistema químico em equilíbrio é perturbado, o sistema desloca-se em uma direção que minimize as perturbações.” O excesso de iões hidrónio produzido pelo ácido forte perturba o equilíbrio, e assim a reação irá mover-se na direção inversa até que o equilíbrio seja estabelecido. Isto leva a uma diminuição na dissociação do ácido fraco. Por causa desta diminuição, um pH de uma mistura de um ácido forte e um fraco pode ser apenas calculado a partir da concentração do ácido forte. Por exemplo, o pH de uma mistura com uma concentração igual de ácido clorídrico (HCl), um ácido forte, e ácido fórmico (HCHO₂), um ácido fraco, só pode ser determinado a partir da concentração de HCl. Se a concentração de HCl na mistura for de 0,0020 M, o seu pH pode ser calculado da seguinte forma:

Aqui, a concentração de iões hidrónio produzidos pelo HCHO₂ e a autoionização da água é insignificante e, portanto, pode ser ignorada.

Uma Mistura de dois Ácidos Fracos com Constantes de Dissociação Diferentes

Em uma mistura de dois ácidos fracos, o pH de uma mistura será determinado pelo ácido mais forte se a sua constante de dissociação for significativamente mais elevada do que o ácido mais fraco. Por exemplo, em uma mistura com igual concentração de ácido nitroso (HNO₂) e ácido hipocloroso (HClO), o HNO₂ será o principal determinante do pH da mistura uma vez que a sua K_a (4,6 × 10⁻⁴) é aproximadamente 10.000 vezes maior que a K_a (2,9 × 10⁻⁸) do HClO. De acordo com o princípio de Le Chatelier, o HClO mostra uma dissociação reduzida na presença de HNO₂.

Numa mistura de um ácido forte e um ácido fraco, o ácido forte dissocia-se completa e significativamente aumentando a concentração de íons hidrônicos, enquanto que apenas o ácido fraco se dissocia parcialmente. Da mesma forma, numa mistura de dois ácidos fracos, o ácido que é relativamente mais forte produz mais íons hidrônicos do que o ácido mais fraco. Em ambos os casos, a dissociação do ácido mais fraco é suprimido quando está na presença de um ácido mais forte.

O princípio de Le Châtelier explica que a formação de íons hidrônicos pelo ácido mais forte altera o equilíbrio em relação aos reagentes, reduzindo assim a dissociação do ácido fraco. Assim, o pH de um mistura de ácidos é principalmente determinada pela concentração dos ácidos mais fortes. Por exemplo, numa mistura que contém 0, 15 molar de ácido clorídrico e 0, 30 molar de ácido cianídrico, ácido clorídrico um ácido forte.

produz uma concentração de íons hidrônicos de 0, 15 molar. Em contraste, o ácido cianídrico um ácido fraco só parcialmente se dissocia. A concentração de íons hidrônicos produzido pelo ácido cianídrico pode ser calculada a partir da sua constante de dissociação ácida, Ka, e uma tabela ICE.

A concentração inicial de íons hidrônicos é igual à concentração inicial de ácido clorídrico, 0, 15 molar, e a concentração inicial de íons de cianeto é zero. A alteração na concentração de íons hidrônicos e íons de cianeto é assinalada por x. Como x é um número relativamente pequeno, 0, 30 menos x pode ser aproximado a 0, 30, e 0, 15 mais x pode ser aproximado a 0, 15 utilizando a regra dos 5%O Ka para o ácido cianídrico é de 4, 9 10-¹⁰, e é igual à concentração de íons hidrônicos vezes a concentração de íons de cianeto divididos pela concentração do ácido cianídrico.

A substituição dos valores da tabela ICE na expressão Ka dá a concentração de íons hidrônicos produzidos pelo ácido cianídrico, que é insignificante em comparação com a concentração de íons hidrônicos produzida pelo ácido clorídrico. O pH pode ser calculado tomando o registo negativo da concentração de íons hidrônicos de 0, 15 molar. Portanto, o pH da mistura é unicamente determinado pela concentração de ácido clorídrico, o ácido forte.

Da mesma forma, o pH de uma mistura de dois ácidos fracos presentes em quantidades iguais será determinado principalmente pela concentração do ácido relativamente mais forte. Por exemplo, numa mistura de ácido fluorídrico e ácido cianídrico, o ácido fluorídrico será o principal determinante do pH da mistura, pois tem um Ka de 3, 5 10-⁴, que é quase um milhão de vezes mais alto do que o Ka do ácido cianídrico.