Considere o ácido diprótico
com
. Determine o pH e as concentrações de
e
em solução
de
.
Passo 1
Primeiro, vamos entender o que o exercício está pedindo. Temos um ácido diprótico chamado
, que significa que ele pode doar dois prótons (íon
). As constantes de dissociação
e
nos indicam a força de cada dissociação. O exercício nos solicita para calcular o pH e as concentrações das espécies
,
e
em uma solução de
de
. Vamos precisar usar conceitos de equilíbrio ácido-base e cálculo de constantes de ionização.
Passo 2
Primeiro, vamos identificar o que é
. Esse composto é um sal que se dissocia completamente em solução aquosa formando íons
e
. A concentração inicial de
na solução será
.
A equação de dissociação do sal é:
Passo 3
Como temos o íon
na solução, ele pode reagir com a água através de uma reação de hidrólise:
Essa reação aumenta a concentração de íons hidroxila (
), o que afetará o pH da solução.
Passo 4
Para calcular o pH, precisamos primeiro encontrar a constante de hidrólise (
) do íon
. Sabemos que:
onde
.
Substituindo os valores:
Passo 5
Agora, vamos escrever a expressão para
:
Assumindo que x é a concentração de
formada, temos:
Como
é pequeno, podemos desconsiderar x em relação a 0,10:
Passo 6
Agora, encontramos a concentração de
, que é
. Para encontrar o pH, precisamos primeiro encontrar o pOH:
Sabendo que
, temos:
Passo 7
Agora, vamos determinar as concentrações das espécies químicas na solução:
- Concentração de
:
- Concentração de
:
- Concentração de
:
Como não houve formação significativa denesta reação de hidrólise, consideramos sua concentração inicial como praticamente zero.
Resposta
O pH da solução é aproximadamente
. As concentrações das espécies são: