Diversos ácidos aparecem a seguir, com as equações de ionização e respectivas constantes de equilíbrio.
lr HF(aq)+H2 O(l) rightarrow H3 O^+(aq)+F^-(aq) & Ka=7,2 times 10^-4 NH4^+(aq)+H2 O(l) rightarrow H3 O^+(aq)+NH3(aq) & Ka=5,6 times 10^-10 CH3 CO2 H(aq)+H2 O(l) rightarrow H3 O^+(aq)+CH3 CO2^-(aq) & Ka=1,8 times 10^-5
a) Para cada equilíbrio de ionização escreva a expressão matemática da respectiva constante de equilíbrio.
b) Calcule o pKa de cada ácido.
c) Qual o ácido mais forte e qual o mais fraco? Justifique a sua resposta.
d) Qual dos três ácidos, HF, NH4 ^+ou CH3 CO2 H, quando solubilizado em água, produzirá solução de pH mais elevado? Justifique a sua resposta

Passo 1

Beleza, vamos resolver esse exercício juntos! A questão fala sobre ácidos que ionizam na água, mostrando as equações de ionização e suas constantes de equilíbrio ( ). Vamos precisar entender de química ácido-base, especialmente sobre e , pra responder às perguntas de a) a d).

Passo 2

a) Escrever a expressão matemática da constante de equilíbrio para cada ionização.
A constante de equilíbrio ( HF + H2O rightarrow H3O^+ + F^- ) para uma reação de ionização de um ácido pode ser escrita como a razão entre os produtos e os reagentes, cada um elevado ao seu coeficiente estequiométrico.
Para cada reação dada:
  1. HF:
    Ka = [H3O^+][F^-][HF]
    A expressão de NH4^+ + H2O rightarrow H3O^+ + NH3 é:
    Ka = [H3O^+][NH3][NH4^+]
  2. NH₄⁺:
    CH3CO2H + H2O rightarrow H3O^+ + CH3CO2^-
    A expressão de Ka = [H3O^+][CH3CO2^-][CH3CO2H] é:
  3. CH₃CO₂H:
    A expressão de é:

Passo 3

b) Calcular o pKa = -log(Ka) de cada ácido.
O pKa = -log(7,2 times 10^-4) approx 3,14 é o logaritmo negativo da constante de ionização ( pKa = -log(5,6 times 10^-10) approx 9,25 ):
pKa = -log(1,8 times 10^-5) approx 4,74
Vamos calcular para cada ácido:
  1. HF:
  2. NH₄⁺:
  3. CH₃CO₂H:

Passo 4

c) Qual o ácido mais forte e qual o mais fraco? Justificar a resposta.
A força de um ácido está relacionada ao seu : quanto maior o , mais forte o ácido.
Comparando os :
  • HF:
  • CH₃CO₂H:
  • NH₄⁺:
Ácido mais forte: HF
Ácido mais fraco: NH₄⁺
Justificativa: HF tem o maior , indicando que ele ioniza mais facilmente na água, ou seja, é mais forte. Já NH₄⁺ tem o menor , ionizando pouco, sendo o mais fraco dos três.

Passo 5

d) Qual dos três ácidos, HF, NH₄⁺ ou CH₃CO₂H, ao ser dissolvido em água, produzirá solução com pH mais elevado? Justificar a resposta.
O pH está inversamente relacionado à concentração de íons . Um ácido mais fraco, que ioniza menos, produz menos , resultando em um pH mais alto.
Entre os ácidos:
  • NH₄⁺ é o mais fraco ( menor).
  • HF e CH₃CO₂H têm maiores, ionizando mais.
Portanto, NH₄⁺ quando dissolvido em água produzirá a solução com pH mais elevado porque ioniza menos, gerando menos íons .

Resposta

Respondendo a cada parte:
a) As expressões das constantes de equilíbrio são:
Ka = [H3O^+][F^-][HF], Ka = [H3O^+][NH3][NH4^+], Ka = [H3O^+][CH3CO2^-][CH3CO2H]
b) Os valores de HF: 3,14; NH4^+: 9,25; CH3CO2H: 4,74 são aproximadamente:
c) HF é o ácido mais forte e NH₄⁺ o mais fraco, pois HF tem o maior e NH₄⁺ o menor.
d) NH₄⁺ ao ser dissolvido em água produzirá a solução com pH mais elevado, pois é o ácido mais fraco e ioniza menos, gerando menos íons .

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