Calcule o pH e a concentração de todas as espécies (não é necessário calcular espécies desprezadas no BM) para uma solução de:

Passo 1

Beleza, vamos resolver esse exercício juntos! A gente tem que calcular o pH e as concentrações de todas as espécies químicas numa solução de ácido fosfórico ( ) com concentração inicial de . Para isso, vamos usar conceitos de equilíbrio químico e ácidos polipróticos. Precisamos saber como o ácido fosfórico se ioniza em água e aplicar as constantes de dissociação para encontrar as concentrações das espécies presentes na solução.

Passo 2

Primeiro, vamos relembrar que o ácido fosfórico é um ácido triprótico, ou seja, pode doar até três prótons ( ). Suas etapas de ionização são:
Como o enunciado já nos dá as concentrações de , e , podemos usar essas informações para calcular o pH e as demais concentrações.

Passo 3

Primeiro, vamos calcular o pH da solução, que é simplesmente o logaritmo negativo da concentração de íons hidrogênio:
Dado que ,

Passo 4

Agora, vamos determinar as concentrações das demais espécies. Sabemos que a concentração total de é e que a concentração de é igual à concentração de , ou seja, .
A concentração total de ácido fosfórico na forma e é:
Isso confirma que a concentração inicial de é .

Passo 5

Para encontrar as concentrações das espécies e , precisamos usar as constantes de dissociação e do ácido fosfórico. No entanto, o enunciado nos diz para não calcular espécies desprezadas no BM, o que indica que pode ser desprezada devido à sua baixa concentração relativa.
Portanto, a principal espécie além de e é .

Passo 6

Sabendo que a concentração de é igual à de , e que a concentração total de é , podemos concluir que:
Como está em equilíbrio com , e considerando que é desprezada, temos:

Resposta

O pH da solução é aproximadamente e as concentrações das espécies presentes são:

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