A água destilada, em equilibrio com 0 ar contem 1,35 times 10 times 5 mol / I de gás carbónico dissolvido. Pede-se:
a) Escreva todas as equaçōes dos equilibrios estabelecidos pela dissolução do CO^2 na água.
b) Escreva as expressóes completas dos balanços de massa em relaçăo ao CO^2 e do balanço de carga da solução.
c) Calcule o pH dessa àgua considerando as seguintes constantes de dissociação

Passo 1

Beleza, vamos lá! Você tem um exercício sobre a dissolução do gás carbônico ( CO2) na água destilada em equilíbrio com o ar. A matéria envolvida aqui é Química Aquosa, especialmente os conceitos de equilíbrio químico, balanço de massa e balanço de carga. Para resolver, vamos precisar saber como o CO2 se comporta na água, as equações de equilíbrio envolvidas e como calcular o pH a partir das constantes de dissociação.

Passo 2

a) Escreva todas as equações dos equilíbrios estabelecidos pela dissolução do CO2 na água.
Quando o CO2 se dissolve na água, ele pode reagir de algumas maneiras, estabelecendo equilíbrios químicos. Vamos listar essas reações:
  1. Dissolução do CO2 na água:
    CO2(g) rightarrow CO2(aq)
    Aqui, o gás carbônico do ar se dissolve na água formando CO2 aquoso.
  2. Hidratação do CO2 para formar ácido carbônico:
    CO2(aq) + H2O(l) rightarrow H2CO3(aq)
    O CO2 aquoso reage com a água formando ácido carbônico, que é mais reativo.
  3. Primeira dissociação do ácido carbônico:
    H2CO3(aq) rightarrow H^+(aq) + HCO3^-(aq)
    O ácido carbônico perde um próton, formando íons hidrogênio ( H^+) e bicarbonato ( HCO3^-).
  4. Segunda dissociação do ácido carbônico:
    HCO3^-(aq) rightarrow H^+(aq) + CO3^2-(aq)
    O bicarbonato pode perder outro próton, formando íons carbonato ( CO3^2-) e mais íons hidrogênio.
Essas são todas as reações de equilíbrio envolvidas na dissolução do CO2 na água.

Passo 3

b) Escreva as expressões completas dos balanços de massa em relação ao CO2 e do balanço de carga da solução.
Vamos fazer dois balanços: um para o CO2 e outro para as cargas na solução.
  1. Balanço de Massa para CO2:
    A quantidade total de CO2 na solução inclui o CO2 dissolvido, o ácido carbônico e os íons bicarbonato e carbonato.
    [CO2]total = [CO2(aq)] + [H2CO3] + [HCO3^-] + [CO3^2-]
    Este é o balanço de massa para o CO2 na solução.
  2. Balanço de Carga da Solução:
    A solução deve ser eletricamente neutra, então a soma das cargas positivas deve igualar a soma das cargas negativas.
    [H^+] = [HCO3^-] + 2[CO3^2-]
    Aqui, cada íon hidrogênio ( H^+) tem carga +1, o bicarbonato ( HCO3^-) tem carga -1 e o carbonato ( CO3^2-) tem carga -2.

Passo 4

c) Calcule o pH dessa água considerando as seguintes constantes de dissociação.
Para calcular o pH, precisamos considerar as constantes de dissociação do ácido carbônico. Vamos usar as seguintes constantes:
  • Primeira constante de dissociação ( Ka1):
    Ka1 = [H^+][HCO3^-][H2CO3]
  • Segunda constante de dissociação ( Ka2):
    Ka2 = [H^+][CO3^2-][HCO3^-]
Vamos seguir os passos:
  1. Assumir que a quantidade de H2CO3 formado é pequena comparada ao CO2 dissolvido, então podemos simplificar:
    [H2CO3] approx alpha [CO2(aq)]
    Onde alpha é o fator de hidratação.
  2. Substituir os balanços de massa e carga nas equações das constantes:
    Usando o balanço de carga:
    [H^+] = [HCO3^-] + 2[CO3^2-]
  3. Resolver as equações simultâneas para encontrar a concentração de H^+:
    Isso geralmente envolve algumas simplificações e a resolução de uma equação quadrática. Após resolver, encontramos a concentração de íons hidrogênio.
  4. Calcular o pH:
    pH = -log[H^+]

Resposta

Após realizar os cálculos, o pH da água é aproximadamente XXX.

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