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15.11:

Determinação do pH de Soluções Salinas

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Determining the pH of Salt Solutions

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As soluções salinas podem ser ácidas, básicas ou neutras. Os íons individuais podem ser examinados para determinar se o pH da sua solução será abaixo, acima, ou igual a sete. Os sais que contêm catíons e aníons com pH-neutro formam soluções neutras.Estes sais são compostos por contrarreferências de um ácido forte e uma base forte. Uma solução aquosa pura de nitrato de potássio terá um pH de 7, uma vez que nem o potássio nem o nitrato tem propriedades ácidas ou básicas. Os sais que contêm um catíon que é o contra-íon de uma base fraca e um aníon que é o contra-íon de um ácido forte terá um pH inferior a 7.Numa solução de brometo de amónio, os íons de brometo têm pH neutro, enquanto que os íons de amónio são ácidos e doam prótons às moléculas de água. Os sais que contêm um catíon que é um contra-íon de uma base forte e um aníon que é o contra-íon de um ácido fraco terá um pH superior a 7. Numa solução de acetato de sódio, os íons de sódio têm pH neutro, enquanto que os íons de acetato são básicos e aceitam prótons das moléculas de água.Alguns sais contêm um catíon e um aníon que são contra-íons de um ácido fraco e base fraca, respectivamente. A solução será ácida se o Ka do catíon for maior do que o Kb do aníon;básico se o Kb do aníon for maior do que o Ka do catíon;ou neutro se o Ka e o Kb forem iguais. Numa solução de nitrito de amónio, o Ka para o amónio é mais elevado do que o Kb para os íons nitritos;portanto, a solução será ácida.O pH exato de uma solução de sal que contém um íon ácido ou básico pode ser determinada utilizando a dissociação constante para o ácido conjugado ou base desse íon. O pH de 0, 35 M de cianeto de sódio pode ser determinado através do cálculo do Kb do cianeto do Ka do seu ácido conjugado ácido cianídrico e a criação de uma tabela ICE para determinar a concentração de equilíbrio. Como os catíons de sódio não reagem com a água, não afetam o pH e podem ser omitidos.Em contraste, os íons de cianeto aceitam prótons de moléculas de água e geram íons hidróxidos. O Kb para os íons de Cianeto podem ser determinados utilizando a equação Ka vezes Kb, igual a Kw.Como o Ka para o ácido hidrociânico é de 4, 90 10-¹⁰, o Kb para os íons de cianeto é de 2, 04 10-⁵. O Kb é igual à concentração do ácido cianídrico vezes a concentração de íons hidróxidos divididos pela concentração de íons de cianeto.Uma tabela ICE pode ser construída para expressar as concentrações iniciais e de equilíbrio. Substituindo a concentrações de equilíbrio na expressão, Kb é igual a x vezes x dividido por 0, 35, e pode ser verificada mais tarde, pela regra dos 5%Ao resolver a equação, x é igual a 2, 7 10-³ molar. Como x é apenas 0, 77 0, 35 mols, a aproximação 0, 35 menos x é igual a 0, 35 é válido.O pOH da solução pode ser calculado tomando o registo negativo de 2, 7 10-³ mols, o que equivale a 2, 57. O pH da solução é determinado utilizando a equação pH mais pOH, igual a 14;portanto, o pH desta solução de sódio de cianeto é 11, 43.

15.11:

Determinação do pH de Soluções Salinas

O pH de uma solução salina é determinado pelos seus aniões e catiões componentes. Os sais que contêm aniões de pH neutro e catiões que produzem iões hidrónio formam uma solução com um pH inferior a 7. Por exemplo, em solução de nitrato de amónio (NH4NO3), iões NO3 não reagem com água, enquanto que iões NH4+ produzem iões hidrónio, resultando em solução ácida.  Em contraste, os sais que contêm catiões de pH neutro e aniões que produzem iões hidróxido formam uma solução com um pH superior a 7. Por exemplo, em solução de fluoreto de sódio (NaF), a Na+ tem pH neutro, mas F produz iões hidróxido e forma a solução básica. Os contraiões de um ácido ou de uma base forte são neutros em termos de pH e os sais formados por esses contraiões formam uma solução neutra com um pH igual a 7. Por exemplo, no KBr, o catião K+ é inerte e não afeta o pH. O ião brometo é a base conjugada de um ácido forte e, por isso, tem força básica insignificante (sem ionização básica apreciável). A solução é neutra.

Alguns sais contêm tanto um catião ácido como um anião básico. A acidez ou a basicidade total de uma solução é determinada pela força relativa do catião e do anião, que pode ser comparada usando Ka e Kb. Por exemplo, em NH4F, o ião NH4+ é ácido e o ião F é básico (base conjugada do ácido fraco HF). Comparando as duas constantes de ionização: Ka do NH4+ é 5,6 × 10−10 e Kb do F é 1,6 × 10−11, pelo que a solução é ácida, uma vez que Ka > Kb.

Cálculo do pH de uma Solução Salina Ácida

A anilina é uma amina que é utilizada para fabricar corantes. É isolada como cloreto de anilínio, [C6H5NH3+]Cl, um sal preparado pela reação da base fraca anilina com ácido clorídrico. Qual é o pH de uma solução de cloreto de anilínio a 0,233 M?

Eq1

A Ka para o ião anilínio é derivado da Kb para a sua base conjugada, anilina:

Eq2

Utilizando as informações fornecidas, é preparada uma tabela ICE para este sistema:

C6H5NH3+ (aq) H3O+ (aq) C6H5NH2 (aq)
Concentração Inicial (M) 0,233 ~0 0
Alteração (M) x +x +x
Concentração em Equilíbrio (M) 0,233 − x x x

Substituindo estes termos de concentração de equilíbrio na expressão de Ka obtemos

Eq3

Assumindo que x << 0,233, a equação é simplificada e resolvida para x: 

Eq4

Eq5

A tabela ICE define x como a molaridade de iões hidrónio e, assim, o pH é calculado como

Eq6

Hidrólise de [Al(H2O)6]3+

Cálculo do pH de uma solução de cloreto de alumínio a 0,10 M, que se dissolve completamente para dar iões de alumínio hidratado [[Al(H2O)6]3+ em solução.

A equação para a reação e Ka são:

Eq7

Uma tabela ICE com as informações fornecidas é

Al(H2O)63+ (aq) H3O+ (aq) Al(H2O)5(OH)2+ (aq)
Concentração Inicial (M) 0,10 ~0 0
Alteração (M) −x +x +x
Concentração em Equilíbrio (M) 0,10 − x x x

Substituindo as expressões das concentrações de equilíbrio na equação para a constante de ionização obtemos:

Eq8

Assumindo que x << 0,10 e resolvendo a equação simplificada obtemos:

Eq9

A tabela ICE definiu x como sendo igual à concentração de iões hidrónio, e então o pH é calculado como sendo 2,92, e a solução é ácida.

Eq10

Este texto é adaptado de Openstax, Chemistry 2e, Section 14.4: Hydrolysis of Salts.