Os indicadores ácido-base são ácidos/bases orgânicas fracas, que apresentam uma coloração na forma ácido e outra cor na forma básica. É possível prever em que valores de o indicador estará na forma ácida e em que valores ele estará na forma básica apenas tendo como informação o ka ou Kb do indicador?
Passo 1
Beleza, vamos começar entendendo o que a questão está pedindo. Temos um indicador ácido-base, que é uma substância orgânica fraca que muda de cor dependendo se está na forma ácida ou básica. A pergunta é: É possível prever em que valores de pH o indicador estará na forma ácida e na forma básica apenas sabendo o valor de ou do indicador?
Para resolver isso, vamos precisar usar conceitos de química de ácido-base, especificamente o Equilíbrio Químico e a Equação de Henderson-Hasselbalch.
Passo 2
Primeiro, vamos relembrar que o é a constante de dissociação ácida, que indica a força de um ácido em solução. Da mesma forma, o é a constante de dissociação básica. No caso de um indicador ácido-base, ele pode atuar tanto como ácido quanto como base.
Passo 3
Para relacionar o pH com o ou , usamos a Equação de Henderson-Hasselbalch, que é:
Essa equação nos permite calcular o pH quando conhecemos o e as concentrações das espécies base e ácida do indicador.
Passo 4
Quando o indicador está na forma onde as concentrações de base e ácido são iguais, ou seja, , o logaritmo na equação de Henderson-Hasselbalch se torna zero, e a equação simplifica para:
Isso significa que no pH igual ao , as quantidades das formas ácida e básica do indicador são iguais.
Passo 5
Além disso, a faixa de pH em que o indicador muda de cor geralmente está próxima do seu . Normalmente, essa faixa é de aproximadamente a . Dentro dessa faixa, a proporção das formas ácida e básica muda significativamente, resultando na mudança de cor observada.
Passo 6
Se, por outro lado, tivermos o , podemos relacioná-lo ao usando a relação:
Onde é a constante de ionização da água (). Assim, se conhecemos o , podemos encontrar o e então aplicar a Equação de Henderson-Hasselbalch como fizemos anteriormente.
Resposta
Sim, é possível prever os valores de pH em que o indicador estará na forma ácida e na forma básica utilizando apenas o ou do indicador. Usando o e a Equação de Henderson-Hasselbalch, podemos determinar que no pH igual ao , as formas ácida e básica estão em concentrações iguais, e a faixa de mudança de cor ocorre aproximadamente entre e .