Qual é o pH de uma solução
de
? E a concentração das espécies
,
e
?
Passo 1
Então, o que a gente tem aqui é uma solução de ácido carbônico (
) com uma concentração de
. A pergunta quer saber qual o pH dessa solução e também as concentrações das espécies
,
e
. 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 (
) pode se dissociar em duas etapas:
-
Primeira dissociação:
-
Segunda dissociação:
Essas reações mostram como o
libera prótons na água, formando íons bicarbonato (
) e carbonato (
).
Passo 3
Cada uma dessas dissociações tem uma constante de dissociação ácida, chamadas de
e
. Para o ácido carbônico:
Esses valores nos dizem o quanto cada dissociação ocorre. Como
é muito maior que
, 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
é:
Como a concentração inicial de
é
e inicialmente não há
nem
, podemos simplificar assumindo que a quantidade de dissociação é pequena. Assim, podemos dizer que:
Passo 5
Substituindo na expressão de
:
Resolvendo para
:
Passo 6
Agora, para encontrar o pH, usamos a fórmula:
Substituindo:
Passo 7
Para encontrar as concentrações das espécies, sabemos que:
A concentração de
é muito pequena devido ao valor baixo de
e pode ser ignorada para essa aproximação inicial.
Resposta
O pH da solução é aproximadamente
, com concentrações de
,
e
quase desprezível.
Exercícios relacionados
Qual é o pH de uma solução de
?
Quais os valores de
e
para:
(b)
(b)
Calcule as concentrações dos íons em equilíbrio
,
e HF presentes em uma solução em que foi colocado 1 mol de HF em 1 litro de água. (
). Dado:
.
Calcule o pH da solução formada quando
de
de NaOH forem adicionados a
de
de ácido acético. Dados:
.