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:
  1. Primeira dissociação:
  2. 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)
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: .