1 SUBDOMÍNIO REAÇÕES ÁCIDO-BASE 1.1Ácidos e bases 1.2Acidez e basicidade de soluções 1.3Ácidos e bases em soluções aquosas 1.4Acidez e basicidade em soluções aquosas de sais 1.5Titulação ácido-base 1.6Aspetos ambientais das reações ácido-base

1 SUBDOMÍNIO REAÇÕES ÁCIDO-BASE 1.2Acidez e basicidade de soluções SUMÁRIO: Autoionização da água Escala de pH de Sorensen Resolução de exercícios e problemas para consolidação dos conteúdos lecionados

AUTOIONIZAÇÃO DA ÁGUA Processo pelo qual a água forma espontaneamente iões H 3 O + e OH –, em extensão reduzida, por transferência de um protão de uma molécula de água para outra. A constante de equilíbrio desta reação, K w, designa-se produto iónico da água e é dada pela expressão: K w = [H 3 O + ] [OH – ] À temperatura de 25  C, K w = 1,0  10 –14, o que está de acordo com o facto da autoionização da água ser uma reação muito pouco extensa (K w < 1).

De acordo com a estequiometria da autoionização da água: [H 3 O + ] = [OH – ] A 25  C: K w = [H 3 O + ] [OH – ] ⇔ K w = [H 3 O + ] 2 ⇔ [H 3 O + ] 2 = 1,0  10 –14 ⇔ [H 3 O + ] = = 1,0  10 –7 mol dm –3 Em soluções aquosas de ácidos ou de bases, as concentrações de equilíbrio dos iões H 3 O + e OH – são diferentes e inversamente proporcionais, pois o seu produto continua a ser igual a K w.

EFEITO DA TEMPERATURA Sendo a autoionização da água um processo endotérmico, o produto iónico da água, K w, aumenta com o aumento da temperatura, aumentando também a extensão da reação. Valores de K w a diferentes temperaturas.

Exercício resolvido À temperatura de 10  C e 25  C, o produto iónico da água é 2,9  10 – 15 e 1,0  10 – 14, respetivamente. 1. Calcule a concentração de ião oxónio na água a 10  C e 25  C. 2. Com base no resultado da alínea anterior e no Princípio de Le Châtelier, explique o efeito da variação da temperatura na extensão da reação de autoionização da água e classifique a reação em termos energéticos.

Proposta de resolução 1. Na água [H 3 O + ] = [OH – ], logo A 10  C: K w = [H 3 O + ] [OH – ] ⇒ 2,9  10 –15 = [H 3 O + ] 2 ⇔ [H 3 O + ] = = 5,4  10 –8 mol dm –3 A 25  C: K w = [H 3 O + ] [OH – ] ⇒ 1,0  10 –14 = [H 3 O + ] 2 ⇔ [H 3 O + ] = = 1,0  10 –7 mol dm –3

Proposta de resolução 2. Com o aumento da temperatura (de 10  C para 25  C) a concentração dos iões H 3 O + aumentou na água, o que significa que a reação de autoionização da água evoluiu no sentido direto. Conclui-se, então, que o aumento da temperatura aumenta a extensão da reação em consequência do aumento do produto iónico da água. Segundo o Princípio de Le Châtelier, o aumento da temperatura favorece o sentido endotérmico, logo, conclui-se também que a autoionização da água é uma reação endotérmica no sentido direto.

Exercício proposto Numa solução aquosa de amoníaco, utilizada na limpeza doméstica, a concentração de equilíbrio de aniões hidróxido é 0,0025 mol dm -3, a 25  C. Calcule a concentração em equilíbrio de catiões H 3 O + em solução. Proposta de resolução K w = [H 3 O + ] [OH – ] ⇒ 1,0  10 –14 = [H 3 O + ]  0,0025 ⇔ [H 3 O + ] = 4,0  10 –12 mol dm –3

ESCALA DE P H DE SORENSEN O pH correspondente ao simétrico do expoente da potência de base 10 da concentração em mol dm –3. Esta notação foi introduzida por Soren Sorensen, que levou ao aparecimento da escala de pH. [H 3 O + ] = 10 –pH ⇔ pH = – log {[H 3 O + ] / mol dm –3 } O sinal negativo na definição de pH estabelece uma relação inversa entre o pH e a concentração de catião oxónio. O pH diminui quando a concentração de H 3 O + aumenta.

O valor do pH de soluções pode ser medido experimentalmente com papel indicador, ou com um medidor de pH.

De modo análogo, a concentração do anião hidróxido pode ser expressa através do pOH: pOH = – log [OH – ] pH (da água a 25 °C) = – log (1,0  10 –7 ) ⇔ pH = 7,00 pOH (da água a 25 °C) = – log (1,0  10 –7 ) ⇔ pOH = 7,00 pK w = pH + pOH pH + pOH = 14,00 (em qualquer solução aquosa a 25  C)

Relação do pH com o grau de acidez ou basicidade das soluções aquosas (a 25  C)

O aumento da temperatura origina uma diminuição do valor do pH da água. Valores de pH da água (neutra), a diferentes temperaturas.

Exercício resolvido Considere os valores na tabela ao lado, de pH da água e de algumas soluções/suspensões comuns, a 25  C. 1. Um frasco contém uma das soluções/ suspensões apresentadas na tabela. Sabendo que na amostra [H 3 O + ] = 1,0 × 10 – 2 mol dm −3, identifique a solução /suspensão e indique o seu caráter ácido-base. 2. Determine o pOH no sumo de limão e calcule a correspondente concentração de anião hidróxido. 3. Mostre que no detergente amoniacal se observa que [H 3 O + ] < [OH − ]. 4. Indique a solução/suspensão com maior grau de basicidade.

Proposta de resolução 1. pH = – log [H 3 O + ] ⇒ pH = – log (1,0  10 –2 ) = 2,00 A solução/suspensão contida no frasco é o suco gástrico e, como pH < 7 a 25  C, a solução é ácida. 2. Em solução aquosa a 25  C, a relação entre o pH e o pOH é: 14,00 = pH + pOH Logo: pOH = 14,00 – 2,4 = 11,6 [OH – ] = 10 –pOH ⇒ [OH – ] = 10 –11,6 = 2  10 –12 mol dm –3

Proposta de resolução 3. [H 3 O + ] = 10 –pH ⇒ [H 3 O + ] = 10 –11,5 = 3  10 –12 mol dm –3 A 25  C: K w = [H 3 O + ] [OH – ] = 1,0  10 –14 Então: 1,0  10 –14 = 3  10 –12  [OH – ] ⇔ ⇔ [OH – ] = = 3  10 –3 mol dm –3 Logo: 3  10 –12 < 3  10 –3 ⇒ [H 3 O + ] < [OH – ] 4. A solução com maior grau de basicidade corresponde ao desentupidor de canos, pois é a que apresenta maior valor de pH e, consequentemente, menor concentração de H 3 O + e maior concentração de OH −.

Exercício proposto A temperatura da boca é aproximadamente 37  C. A essa temperatura o produto iónico da água é 2,4 × 10 −14. Se a saliva possuir um valor de pH 6,9, qual é o seu caráter ácido-base?

A essa temperatura, tratando-se de água: K w = [H 3 O + ] [OH – ] ⇒ 2,4  10 –14 = [H 3 O + ] 2 [H 3 O + ]= = 1,5  10 –7 mol dm –3 Logo, o pH da água seria: pH = – log [H 3 O + ] ⇒ pH = – log (1,5  10 –7 ) = 6,82 Como o pH da saliva é superior ao pH da água à mesma temperatura, tem caráter básico. Proposta de resolução