Problema desafiador. O ácido malônico
é um ácido diprótico que sofre as seguintes reações de dissociações ácidas:
(a) Construa um diagrama logarítmico de concentração para uma concentração total do ácido malônico de 0,050
Passo 1
Então, vamos lá! A gente tem um exercício sobre o ácido malônico, que é um ácido diprótico, ou seja, pode doar dois prótons (H⁺). A concentração total desse ácido é 0,050 mol/L. O objetivo aqui é construir um diagrama logarítmico de concentração, que vai mostrar como as diferentes formas do ácido malônico se comportam em função do pH. Para resolver isso, vamos precisar entender um pouco sobre dissociação ácida e usar as constantes de dissociação (pKa) que foram dadas no problema.
Passo 2
Primeiro, vamos lembrar o que significa um ácido diprótico. O ácido malônico pode perder dois prótons, passando por duas etapas de dissociação:
-
Primeira dissociação:com
-
Segunda dissociação:com
Essas constantes de dissociação (
e
) nos dizem o pH no qual cada etapa de dissociação acontece de forma que as formas protonadas e desprotonadas estão presentes em igual concentração.
Passo 3
Agora, para construir o diagrama logarítmico de concentração, precisamos calcular as concentrações das diferentes espécies (
,
e
) em função do pH. Vamos usar a expressão do equilíbrio de dissociação ácida:
Rearranjando para encontrar a concentração relativa das espécies:
Passo 4
Para a primeira dissociação (
):
E para a segunda dissociação (
):
Passo 5
Como a concentração total do ácido malônico é 0,050 mol/L, podemos expressar a soma das concentrações das três espécies:
Vamos chamar
. Então:
Substituindo na equação da concentração total:
Passo 6
Essa equação é um pouco complicada para resolver analiticamente, então geralmente usamos softwares ou calculadoras para encontrar
em função do pH. Porém, para fins didáticos, podemos analisar os pontos onde ocorrem as transições principais, que são próximas aos valores de
e
.
Passo 7
Vamos considerar três regiões de pH:
- pH << 2,86: Predomina
- 2,86 < pH < 5,70: Predomina
- pH >> 5,70: Predomina
Passo 8
No ponto médio entre as duas
, ou seja, aproximadamente
, as concentrações de
serão máximas.
Passo 9
Com essas informações, podemos construir o diagrama logarítmico plotando o logaritmo das concentrações de cada espécie em função do pH, mostrando como cada uma predomina em diferentes faixas de pH.
Resposta
O diagrama logarítmico de concentração para o ácido malônico com concentração total de 0,050 mol/L mostra que:
- Em pH baixo (<< 2,86): Predomina
- Entre pH 2,86 e 5,70: Predomina
- Em pH alto (>> 5,70): Predomina
No ponto médio de pH 4,28, a concentração de
atinge seu valor máximo.
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. Que massa de
(massa molar
) é necessária para reagir completamente com
de dióxido de carbono?