Em meio aquoso ocorre uma reação ácido-base em que o ácido carbônico
forma o íon hidrogenocarbonato
, conforme reação abaixo.
O íon hidrogenocarbonato (
) em meio aquoso, pode atuar por 2 mecanismos. (2,0 pontos)
a) Escreva as duas reações do íon hidrogenocarbonato com água e as suas respectivas expressões da constante de equilíbrio para cada reação.
b) Correlacione os valores das constantes com as reações
e
preveja se ele tende atuar como ácido ou base frente a água.
c) Segundo a teoria de Bronsted-Lowry, para cada reação quem irá atuar como ácido ou base e porquê?
a) Calcule o
para ambas as reações a 500 K e justifique qual delas será espontânea ou não.
O íon hidrogenocarbonato (
a) Escreva as duas reações do íon hidrogenocarbonato com água e as suas respectivas expressões da constante de equilíbrio para cada reação.
b) Correlacione os valores das constantes com as reações
c) Segundo a teoria de Bronsted-Lowry, para cada reação quem irá atuar como ácido ou base e porquê?
a) Calcule o
Passo 1
Beleza, vamos entender o que a questão tá pedindo aqui. A gente tem uma reação ácido-base onde o ácido carbônico (
) reage com água (
) formando o íon hidrogenocarbonato (
) e o íon hidroxônio (
). O conteúdo envolvido aqui é o equilíbrio ácido-base e as constantes de equilíbrio relacionadas. Vamos precisar entender como escrever reações de ácido e base, identificar as constantes de equilíbrio (
e
) e aplicar a teoria de Brønsted-Lowry para identificar comportamentos ácido ou base.
Passo 2
Primeiro, vamos escrever as duas reações que o íon hidrogenocarbonato (
) pode participar com a água. A ideia é que esse íon pode agir tanto como ácido quanto como base.
-
Reação de Hidrogenação (Agindo como Ácido):Aqui, o
doa um próton para a água, formando e . -
Reação de Desprotonação (Agindo como Base):Nesta, o
aceita um próton da água, formando e .
Passo 3
Agora, vamos escrever as expressões das constantes de equilíbrio para cada uma dessas reações.
-
Constante de Equilíbrio para a Reação de Hidrogenação (
): -
Constante de Equilíbrio para a Reação de Desprotonação (
):
Essas expressões nos mostram como as concentrações dos produtos e reagentes estão relacionadas no equilíbrio.
Passo 4
Vamos para a parte b) da questão. A gente tem os valores das constantes
e
. Para saber se o
tende a agir mais como ácido ou como base, a gente compara
e
.
Como
é maior que
(
), isso indica que o íon
tem uma tendência maior de agir como base do que como ácido.
Passo 5
Agora, na parte c), vamos aplicar a teoria de Brønsted-Lowry. Segundo essa teoria:
- Ácido de Brønsted-Lowry: é a substância que doa prótons (
). - Base de Brønsted-Lowry: é a substância que aceita prótons (
).
Aplicando isso às reações que escrevemos:
-
Reação de Hidrogenação:
-
doa um próton para , então é o ácido. -
aceita o próton, então é a base.
-
-
Reação de Desprotonação:
-
aceita um próton da , então é a base. -
doa o próton, então é o ácido.
-
Passo 6
Finalmente, para a última parte a), precisamos calcular a variação da energia livre de Gibbs (
) para ambas as reações a 500 K. A fórmula para
é:
Onde:
-
-
-
é a constante de equilíbrio ( ou )
Primeiro, vamos converter
para
:
Agora, calculamos
para cada reação:
-
Para
: -
Para
:
Depois de calcular os valores, se
for negativo, a reação é espontânea. Se for positivo, não é espontânea.
Resposta
Calculando, encontramos que a reação com
tem
negativo, indicando que é espontânea, enquanto a reação com
tem
positivo, não sendo espontânea. Portanto, a reação onde
atua como base é espontânea a 500 K.