Esboce e justifique o perfil do gráfico de titulação potenciométrica do ácido fosfórico, mostrando pontos de equivalência e reações de titulação.

Passo 1

Beleza, vamos resolver esse exercício de titulação potenciométrica do ácido fosfórico juntos! A questão pede para esboçar e justificar o perfil do gráfico de titulação desse ácido, mostrando os pontos de equivalência e as reações envolvidas. Para isso, vamos precisar entender um pouco sobre ácidos, especialmente ácidos poliácidos como o ácido fosfórico, e como eles reagem durante a titulação com uma base.

Passo 2

Primeiro, vamos lembrar que o ácido fosfórico (H₃PO₄) é um ácido triprótico, ou seja, ele pode doar três prótons (H⁺) em etapas diferentes. Isso significa que ele passa por três etapas de ionização, cada uma com sua própria constante de dissociação ácida (Ka). As reações de ionização são:
  1. Primeira ionização:
    H3PO4 rightarrow H^+ + H2PO4^-
  2. Segunda ionização:
    H2PO4^- rightarrow H^+ + HPO4^2-
  3. Terceira ionização:
    HPO4^2- rightarrow H^+ + PO4^3-
Cada uma dessas etapas terá um ponto de equivalência correspondente no gráfico de titulação.

Passo 3

Agora, vamos pensar no que acontece durante a titulação. Quando adicionamos uma base forte, como o hidróxido de sódio (NaOH), ao ácido fosfórico, cada mol de NaOH vai neutralizar um mol de H⁺ do ácido. Como o ácido pode doar três prótons, teremos três pontos de equivalência no gráfico.
No início da titulação, temos principalmente H₃PO₄ no meio. À medida que adicionamos NaOH:
  • Primeiro, o NaOH vai remover os H⁺ da primeira ionização, formando H₂PO₄⁻.
  • Depois, depois que todo o H₂PO₄⁻ tiver reagido, o NaOH começará a remover os H⁺ da segunda ionização, formando HPO₄²⁻.
  • Por fim, após todas as reações anteriores, o NaOH removerá os H⁺ da terceira ionização, formando PO₄³⁻.

Passo 4

No gráfico de titulação potenciométrica, vamos representar o pH da solução em função do volume de NaOH adicionado. Conforme adicionamos a base:
  • Região inicial: Predominância do H₃PO₄, com pH baixo.
  • Primeiro ponto de equivalência: Todo H₃PO₄ foi convertido em H₂PO₄⁻.
  • Região intermediária: Predominância do H₂PO₄⁻, que é um ácido fraco, proporcionando uma região de tamponamento.
  • Segundo ponto de equivalência: Todo H₂PO₄⁻ foi convertido em HPO₄²⁻.
  • Região final: Predominância do HPO₄²⁻ e, finalmente, do PO₄³⁻, com aumento acentuado do pH após o último ponto de equivalência.
Cada ponto de equivalência corresponde a uma mudança significativa no pH, e entre esses pontos, as curvas são mais suaves devido às regiões tamponantes.

Passo 5

Para justificar o perfil do gráfico, lembrando que cada etapa de ionização tem sua própria constante (Ka1 > Ka2 > Ka3), o que significa que as primeiras ionizações são mais fortes e ocorrem em pH mais baixo. Assim, os primeiros pontos de equivalência estarão mais próximos do início do gráfico, enquanto os últimos ocorrerão em volumes maiores de NaOH adicionada.
Além disso, entre os pontos de equivalência, as regiões tamponantes permitem que o pH mude mais lentamente, enquanto nos pontos de equivalência ocorre uma mudança rápida no pH devido à completa neutralização dos H⁺ disponíveis.

Resposta

O gráfico de titulação potenciométrica do ácido fosfórico apresenta três pontos de equivalência correspondentes às três etapas de ionização do H₃PO₄. Inicia com um pH baixo, aumentando gradualmente até o primeiro ponto de equivalência. Após cada ponto, há uma região tamponante seguida por um salto acentuado no pH no próximo ponto de equivalência. O perfil geral mostra uma curva com três zonas de aumento rápido do pH, cada uma indicando a neutralização de um próton do ácido fosfórico.

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