Um químico prepara uma solução padrão de ácido benzoico (massa molar, 122,13 g/mol) pela dissolução de
dessa substância em 1,00 L de água. Embora a substância seja um ácido, uma estimativa com base na Equação 8.32 sugere que essa solução produzirá um
a
. Qual erro foi cometido ao se estimar desse valor? O que deve ser feito para corrigir esse problema?
Passo 1
Vamos resumir o que o exercício está pedindo. Um químico preparou uma solução de ácido benzoico dissolvendo
dessa substância em
litro de água. Com base na Equação 8.32, ele estimou que o pH dessa solução seria
a
. A questão aqui é identificar qual erro foi cometido nessa estimativa e como corrigir esse erro.
Para resolver isso, vamos precisar entender conceitos de química sobre concentração, pH, e ácidos fracos, além de realizar cálculos de molaridade e usar a constante de dissociação ácida.
Passo 2
Primeiro, vamos converter a massa de ácido benzoico de microgramas para gramas para facilitar os cálculos. Sabemos que:
Passo 3
Agora, vamos calcular o número de moles de ácido benzoico usando a massa molar fornecida (
):
Passo 4
Com o número de moles, podemos determinar a concentração molar da solução. Como a substância foi dissolvida em
litro de água:
Passo 5
A estimativa do pH foi feita utilizando uma equação que provavelmente assume que o ácido benzoico se comporta como um ácido forte, ou seja, que ele se dissocia completamente em íons na solução. No entanto, o ácido benzoico é um ácido fraco, o que significa que ele não se dissocia completamente.
Passo 6
O erro cometido foi não considerar a ionização do ácido benzoico na água. Para ácidos fracos, é necessário usar a constante de dissociação ácida (
) para calcular corretamente o pH, já que apenas uma parte do ácido se dissocia para formar íons hidrogênio (
).
Passo 7
Para corrigir esse problema, devemos usar a expressão da constante de dissociação ácida:
onde
é a concentração de íons hidrogênio,
é a concentração de íons conjugados, e
é a concentração do ácido não dissociado. Usando o valor de
para o ácido benzoico, podemos calcular o pH de forma correta.
Resposta
O erro foi não considerar a ionização do ácido benzoico na solução, assumindo que ele se comporta como um ácido forte. Para corrigir, deve-se utilizar a constante de dissociação ácida (
) do ácido benzoico ao calcular o pH, levando em conta sua natureza de ácido fraco.