Trace o perfil sigmoide de uma curva de titulação entre (a) ácido forte e base forte, (b) ácido forte e base fraca e © ácido fraco e base forte. Descreva detalhadamente o que ocorre antes, após e no ponto de equivalência estequiométrica. R= 5 mL para o pKa1 e 15 mL para o pKa2.
Passo 1
Beleza! Vamos resolver esse exercício sobre curvas de titulação. O enunciado pede para traçar o perfil sigmoide de três tipos de titulações: (a) ácido forte com base forte, (b) ácido forte com base fraca e © ácido fraco com base forte. Além disso, precisamos descrever o que acontece antes, no ponto de equivalência e depois desse ponto. Para isso, vamos precisar entender conceitos de titulação, pH, ponto de equivalência e como diferentes combinações de ácidos e bases afetam a curva de titulação. Vamos usar fórmulas básicas de química ácido-base para resolver.
Passo 2
Primeiro, vamos entender o que é uma curva de titulação. É um gráfico que mostra como o pH de uma solução muda à medida que adicionamos uma titulação (base ou ácido). A parte “sigmoide” significa que a curva tem um formato em “S”, com uma região inicial suave, uma parte bem inclinada no ponto de equivalência e outra região suave depois.
Passo 3
Vamos começar com a titração de um ácido forte com uma base forte (item a). Um ácido forte como o HCl se dissocia completamente em água:
E uma base forte como o NaOH também se dissocia completamente:
Passo 4
Antes do ponto de equivalência: Temos mais ácido do que base. O pH é baixo (ácido forte). Conforme adicionamos a base forte, o pH aumenta gradualmente.
No ponto de equivalência: A quantidade de ácido e base são iguais. O pH nesse caso fica neutro, geralmente em 7, porque ambos são fortes e se neutralizam completamente formando água e sal.
Após o ponto de equivalência: Temos excesso de base forte. O pH sobe rapidamente porque há muito mais OH⁻ na solução.
Passo 5
Agora, vamos para a titração de um ácido forte com uma base fraca (item b). Aqui, a base fraca como a NH₃ não se dissocia completamente:
Passo 6
Antes do ponto de equivalência: Similar ao ácido forte com base forte, o pH é baixo e aumenta conforme adicionamos a base, mas de forma menos acentuada.
No ponto de equivalência: A neutralização forma um sal ácido (NH₄Cl). O pH neste ponto será menor que 7 porque o sal produzido hidrólisa formando íons que liberam H⁺, tornando a solução levemente ácida.
Após o ponto de equivalência: Mesmo com excesso de base fraca, o pH aumenta, mas não tão drasticamente quanto com uma base forte, pois a base fraca reage menos vigorosamente com a água.
Passo 7
Por último, vamos para a titração de um ácido fraco com uma base forte (item c). Um ácido fraco como o acético (CH₃COOH) não se dissocia completamente:
E a base forte como o NaOH se dissocia completamente.
Passo 8
Antes do ponto de equivalência: O pH é moderadamente baixo, já que temos um ácido fraco. Conforme adicionamos a base forte, o pH sobe gradualmente.
No ponto de equivalência: A neutralização forma um sal básico (CH₃COONa). O pH neste ponto será maior que 7 porque o sal produzido hidrólisa formando íons que consomem H⁺, tornando a solução levemente básica.
Após o ponto de equivalência: Com excesso de base forte, o pH aumenta rapidamente devido à presença de muito OH⁻ na solução.
Passo 9
Agora, considerando os valores de R para pKa1 = 5 mL e pKa2 = 15 mL, isso indica volumes de equivalência específicos para os processos de titulação, afetando onde a curva apresenta suas inflexões.
Resposta
Com base nos tipos de titulação analisados:
(a) Ácido forte com base forte: A curva inicia com pH baixo, aumenta suavemente antes de alcançar o ponto de equivalência em pH 7, e sobe rapidamente após esse ponto devido ao excesso de base.
(b) Ácido forte com base fraca: A curva começa com pH baixo, aumenta de forma gradual, atinge um ponto de equivalência com pH abaixo de 7, e continua subindo de maneira menos acentuada após o ponto de equivalência.
© Ácido fraco com base forte: A curva começa com pH moderadamente baixo, aumenta gradualmente, atinge um ponto de equivalência com pH acima de 7, e sobe rapidamente após o ponto de equivalência devido ao excesso de base.
Os valores de R = 5 mL para pKa1 e R = 15 mL para pKa2 indicam os volumes específicos de titulação onde ocorrem as mudanças significativas no pH para cada tipo de ácido e base envolvidos.
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Realize os seguintes cálculos levando em consideração os algarismos significativos:
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Defina: Erro aleatório;
Defina: Padrão;