Qual é o pH de uma solução 0,0037 mol L^-1 de H2 CO3 ? E a concentração das espécies H2 CO3, HCO3 ^-e CO3 ^2- ?

Passo 1

Então, o que a gente tem aqui é uma solução de ácido carbônico ( H2CO3) com uma concentração de 0,0037 , mol , L^-1. A pergunta quer saber qual o pH dessa solução e também as concentrações das espécies H2CO3, HCO3^- e CO3^2-. Para resolver isso, vamos usar conceitos de química ácido-base, especificamente sobre ácidos dipróticos, que são capazes de doar dois prótons (H⁺).

Passo 2

Primeiro, vamos lembrar que o ácido carbônico ( H2CO3) pode se dissociar em duas etapas:
  1. Primeira dissociação:
    H2CO3 <=ftharpoons H^+ + HCO3^-
  2. Segunda dissociação:
    HCO3^- <=ftharpoons H^+ + CO3^2-
Essas reações mostram como o H2CO3 libera prótons na água, formando íons bicarbonato ( HCO3^-) e carbonato ( CO3^2-).

Passo 3

Cada uma dessas dissociações tem uma constante de dissociação ácida, chamadas de Ka1 e Ka2. Para o ácido carbônico:
  • Ka1 approx 4.3 times 10^-7
  • Ka2 approx 5.6 times 10^-11
Esses valores nos dizem o quanto cada dissociação ocorre. Como Ka1 é muito maior que Ka2, a primeira dissociação é a mais importante para calcular o pH.

Passo 4

Vamos focar na primeira dissociação para encontrar a concentração de íons H⁺, que nos dará o pH. A expressão de Ka1 é:
Ka1 = [H^+][HCO3^-][H2CO3]
Como a concentração inicial de H2CO3 é 0,0037 , mol , L^-1 e inicialmente não há H^+ nem HCO3^-, podemos simplificar assumindo que a quantidade de dissociação é pequena. Assim, podemos dizer que:
[H^+] approx [HCO3^-]
[H2CO3] approx 0,0037 , mol , L^-1

Passo 5

Substituindo na expressão de Ka1:
4.3 times 10^-7 = [H^+]^20,0037
Resolvendo para [H^+]:
[H^+]^2 = 4.3 times 10^-7 times 0,0037
[H^+]^2 = 1.591 times 10^-9
[H^+] = raiz1.591 times 10^-9
[H^+] approx 3.99 times 10^-5 , mol , L^-1

Passo 6

Agora, para encontrar o pH, usamos a fórmula:
pH = -log[H^+]
Substituindo:
pH = -log(3.99 times 10^-5)
pH approx 4,40

Passo 7

Para encontrar as concentrações das espécies, sabemos que:
  • [HCO3^-] = [H^+] approx 3.99 times 10^-5 , mol , L^-1
  • [H2CO3] approx 0,0037 - 3.99 times 10^-5 approx 0,00366 , mol , L^-1
A concentração de CO3^2- é muito pequena devido ao valor baixo de Ka2 e pode ser ignorada para essa aproximação inicial.

Resposta

O pH da solução é aproximadamente 4,40, com concentrações de [H2CO3] approx 0,00366 , mol , L^-1, [HCO3^-] approx 3.99 times 10^-5 , mol , L^-1 e [CO3^2-] quase desprezível.

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