Equilíbrio Iônico
Teoria
Equilíbrio Iônico
Como mencionado na teoria de Equilíbrio Químico, equilíbrio iônico é todo o equilíbrio que envolve pelo menos um íon.
Por isso ele é especialmente importante quando estudamos ácidos e bases, uma vez que esses caras liberam íons no meio.
Constantes de Ionização
A gente já viu como se calcula o de uma reação. A partir do vamos definir uma constante de ionização, que será representada de . Olha só como isso funciona... Para um ácido qualquer , sofrendo ionização no meio aquoso:
Mas a reação ocorre em meio aquoso, certo? Nesse caso, a quantidade de água que “reage” em relação ao total de água no meio é muuuuuuuuito pequena.
Por isso, a gente considera a quantidade/concentração de água constante.
Quando uma constante multiplica uma constante, temos uma nova constante. Pensando nisso, a galera resolveu dar um nome pra constante resultante da multiplicação entre e . Essa nova constante é, justamente, nossa constante de ionização.
No caso dos ácidos, muitas vezes o é chamado de ou constante ácida, constante de acidez.
Da mesma forma, a constante de dissociação de uma base é chamada de , constante de basicidade ou basicidez. Olha aí:
Aqui, também é bom a gente definir o que significa e .
Esse na frente das constantes significa . Portanto:
Esse é útil pra não trabalhar com números muito pequenos ou muito grandes, como o de algumas constantes.
Quanto maior o , menor o e mais forte é o ácido.
Quanto maior o , menor o e mais forte é a base.
E a gente pode entender isso olhando para os equilíbrios de ionização e dissociação. Uma base forte libera bastante , o que leva a altos valores de . Da mesma forma, um ácido forte libera bastante , o que leva a altos valores de .
Ionização de Poliácidos
Sabe aqueles ácidos que possuem vários ? Como o , o entre outros...
Pra esses caras, cada etapa de ionização vai ter seu próprio . E o da etapa global é a multiplicação dos das etapas. Olha só:
E para um poliácido, .
Ou seja, fica cada vez mais difícil de liberar o próton pro meio. O que é bem lógico, uma vez que a cada hidrogênio liberado, mais negativo o cara fica e mais “apegado” aos seus prótons ele está, certo?
Lei da Diluição de Ostwald
Vamos pensar na tabelinha de equilíbrio para a ionização de um ácido, o .
Inicialmente não temos nem no meio, e adicionamos o ácido de concentração M, pra falar de molaridade.
O número de mols do ácido que reage é igual a M.𝛼, uma vez que:
E a quantidade de e formadas é igual a quantidade de ácido ionizada.
Assim, a quantidade de ácido no equilíbrio é a inicial menos o que reagiu, enquanto a quantidade de e no meio será aquela formada pela ionização do ácido.
Assim, podemos dizer que:
Só fomos manipulando matematicamente, ok?
Agora, se o ácido for muuuuuuito fraco, ele vai sofrer bem pouca ionização, o que significa que é muito pequeno.
Se , e o .
Por que que isso é importante?
Porque o Sr. Ostwald olhou pra essa fórmula e percebeu que, para eletrólitos fracos, que possuem bem pequenos, quanto menor a concentração () maior será o grau de ionização (). Afinal, o deve ser mantido constante e:
O mesmo vale para bases e outros eletrólitos fracos. A diluição infinita, ainda que sejam fracos, os eletrólitos sofrem dissociação/ionização total.
Efeito do íon comum
Lembra que quando a gente adiciona um cara presente no equilíbrio, o equilíbrio se desloca a fim de “consumir” esse cara?
Então pensa mais uma vez na ionização do nosso querido :
Se a gente adicionar no meio, o equilíbrio vai se deslocar pra a esquerda, a fim de consumir o excesso desse cara e entrar em equilíbrio de novo, ou seja, restituir o valor de .
Nesse caso, o ácido vai se ionizar menos, ficando na forma protonada mesmo.
E esse efeito de diminuição de ionização/dissociação devido à presença de um íon no meio é conhecido como efeito do íon comum.
Esse capítulo é super importante, então eu te aconselho a dar uma fixada em tudo com os exercícios que a gente selecionou! Vambora?
Ionização de Poliácidos
Lei da Diluição de Ostwald
Efeito do íon comum
Exercícios Resolvidos
Exercício Resolvido #1
IFRN – Lista de Equilíbrio Aquoso. Professor Albino Oliveira Nunes. Questão 08.
A constante de ionização do hidróxido de amônio , a uma dada temperatura é . Calcule o seu grau de ionização, na mesma temperatura:
a) Em solução 0,1 mol/L.
b) Em solução 0,001 mol/L.
Passo 1
Pra quem viu a tabelinha que usamos na teoria, não fica muito complicado.
Vamos ver qual a relação entre o grau de ionização e o do hidróxido de amônio, o .
Pois, no início temos apenas no meio, na concentração molar . Sabemos que a quantidade de moléculas que reagem é dada pela multiplicação entre o grau de ionização () a a quantidade inicial/total de molécula, dada por .
Como, na reação de dissociação do hidróxido de amônio cada 1 mol de dissociado gera 1 mol de e 1 mol de , a quantidade de que reage é igual a quantidade formada de e .
E no equilíbrio temos sempre a quantidade inicial de cada espécie, menos o que foi consumido (reagiu), mais o que foi produzido (formado).
Tal que:
Portanto, a partir do valor de e M, podemos calcular o valor de .
Passo 2
a) Para bases fracas, como o hidróxido de amônio, e com concentrações altas, pode-se utilizar a aproximação de que , porque o grau de ionização de eletrólitos fracos é muito pequeno. Dessa forma:
E o cálculo fica, simplesmente:
Sem a aproximação:
Nesse caso, os valores considerando a aproximação e fazendo a conta completa são muito próximos.
Passo 3
b) No item b, com concentração menor, o se torna maior (ionização mais extensiva) e a aproximação pode não ser adequada.
Caso tivéssemos optado pela aproximação, teríamos:
Tá, concordo que a diferença não foi tão grande. Mas fica a dica: quanto menor a concentração, pior a aproximação.
Resposta
a)
b)
Exercício Resolvido #2
Unimep – Introdução à Química Industrial. Questão 02.
Se colocarmos moléculas de em água, podemos notar que, delas, somente sofrem ionização.
a) Qual o grau de ionização do (na concentração e temperatura da medida).
b) Como se pode classifica-lo quanto à força?
c) Ele é um hidrácido? Por quê?
d) Ele é binário? Por quê?
Passo 1
a) Bora calcular esse grau de ionização:
Passo 2
b) A força dos ácidos de acordo com o grau de ionização é a seguinte:
Portanto, com 27%, o do enunciado seria considerado moderado.
Passo 3
c) Não. Como o tem esses oxigênios aí, ele é um oxiácido.
Passo 4
d) Não. Ele é ternário, porque sua fórmula possui 3 elementos diferentes: o hidrogênio, o fósforo e o oxigênio.
Resposta
a)
b) Moderado
c) Oxiácido
d) Ternário
Exercício Resolvido #3
Unimep – Introdução à Química Industrial. Questão 03.
Em uma solução de ácido clorídrico diluído, podemos afirmar que praticamente não há mais moléculas de cloreto de hidrogênio (HCl). Justifique este fato.
Passo 1
O HCl é um ácido bem forte. O que significa que ele tem um bem alto. Ou seja, o equilíbrio de ionização dele é beeeem deslocado pra formação do :
Tão deslocado, que muitas vezes nem se considera a reação como um equilíbrio. Às vezes “aproxima-se” de um reação irreversível, com a setinha “normal”:
Por ser um ácido forte, praticamente todo o em água sofre dissociação, sendo a quantidade de moléculas de “inteiras” em solução muito pequena.
Resposta
Ei, a resposta está no passo a passo :)
Exercício Resolvido #4
Elaboração própria.
Considerando a aproximação válida para eletrólitos fracos em baixas concentrações, prediga o que acontece com o grau de ionização de um eletrólito durante uma diluição onde a concentração em mol/L de uma solução diminui 100 vezes.
Passo 1
A gente conhece a relação entre o grau de ionização, a concentração molar e a constante de ionização de uma espécie.
Com a aproximação válida para eletrólitos fracos em baixas concentrações:
E, mantendo o , vamos ver o que acontece com o valor de caso o valor de diminua 100 vezes.
Passo 2
Antes da diluição temos que:
E após a diluição:
Como é constante, ele não é alterado no processo de diluição.
Portanto, ao diminuir 100 vezes a concentração de uma solução, o grau de ionização do eletrólito aumenta 10 vezes.
Resposta
Aumenta 10 vezes.
Exercício Resolvido #5
IFRN – Lista de exercícios de equilíbrio quoso. Prof. Albino Oliveira Nunes. Questão 12.
Considere volumes iguais de soluções 0,1 mol/L dos ácidos listados a seguir, designados por I, II, III e IV e seus respectivos :
Coloque as soluções em ordem crescente de concentração de .
Passo 1
Você lembra a fórmula do ? Fica assim:
Então, como a gente já tinha comentado, quanto maio o , para concentrações iguais de ácido, maior a concentração de , porque mais intensa foi a ionização.
Beleza, então colocarr as soluções em ordem de concentração de é, simplesmente, colocar aqueles caras em ordem crescente de .
Passo 2
Bora lá:
Não deixa a notação científica te confundir!
Resposta
Exercício Resolvido #6
Unesp – Material de Aula: Ácido-base.
A seguir são mostrado os valore de de alguns ácidos.
Calcule as constantes de dissociação aparente () de cada ácido e diga qual deles é o ácido mais forte.
Passo 1
Lembra o que significa aquele na frente do ?
Portanto, pra passar aqueles valores de para fazemos o seguinte:
Passo 2
Convertendo aqueles em , de calculadora na mão, obtemos:
Passo 3
Como quanto maior o , maior a força do ácido, o ácido mais forte é o A.
Resposta
A
Exercício Resolvido #7
IFRN – Lista de Equilíbrio Aquoso. Prof. Albino Oliveira Nunes. Questão 13.
A uma dada temperatura, o do ácido ciânico () é . Qual a concentração de numa solução 0,1 M de ácido ciânico?
Passo 1
Vamos ver a reação de ionização do ácido ciânico e, assim, a fórmula do su .
Ou:
Vamos usar o segundo por praticidade, mas eles são exatamente a mesma coisa, ok?
A gente tem o e sabe a concentração inicial do ácido, mas não a concentração em equilíbrio. Então vamos precisar montar uma tabelinha de equilíbrio.
Passo 2
Olha aí a nossa tabela:
No início temos a concentração de ácido e nada de nem da base conjugada. (que não conhecemos) moléculas do ácido reagem, formando íons positivos e íons negativos. As concentrações no equilíbrio serão as iniciais menos o que foi consumido, mais o que foi produzido de cada espécie.
E o fica, então:
Báskara!
Como o nosso não pode ser negativo, descobrimos que e essa é, também, a concentração de em equilíbrio.
Resposta
[]= mol/L
Exercício Resolvido #8
Unimep – Introdução à Química Industrial. Questão 04.
O aquoso é um condutor eletrolítico. E o puro no estado líquido? Justifique sua resposta.
Passo 1
Em solução aquosa, o sofre ionização, protonando a água em um equilíbrio assim:
Essa formação de íons no meio faz com que a solução seja capaz de conduzir corrente elétrica.
Como o ácido sulfúrico é um ácido forte, essa ionização acontece de forma extensiva. Ou seja, muitos íons sejam formados. O que faz dele um eletrólito forte: conduz bastante corrente elétrica.
Agora, quando ele está puro, sendo uma substância de caráter predominante covalente (como a gente viu, os ácidos em geral não são iônicos), ele não conduz corrente elétrica.
Resposta
Ei, a resposta está no passo a passo :)
Exercício Resolvido #9
Elaboração própria.
Calcule o de um ácido moderado, com grau de ionização 50% quando sua concentração no meio é igual a 0,001 mol/L.
Passo 1
Sabemos que o pode ser definido como:
Como o eletrólito não é muito fraco, não devemos usar a aproximação.
Passo 2
Tudo o que precisamos fazer é substituir os valores fornecidos para calcular o . Assim:
E o :
Resposta
Exercício Resolvido #10
UFVJM – Lista de Exercícios de Química Orgânica I. Professor Dr. Rodrigo Verly. Questão 09.
Para cada par de reações o mesmo ácido reage com bases diferentes:
1. Complete as reações de equilíbrio ácido-base.
2. Utiliza a tabela de para indicar, em cada par de reações, qual é a reação mais favorecida e qual é a base mais forte.
a)
b)
c)
Tabela com os valores de para alguns ácidos:
Passo 1
a) No item a, a gente tem o mesmo ácido reagindo com duas bases diferentes: e .
Vamos completar os equilíbrios, só transferindo um do ácido para a base da reação.
Feito isso, a gente precisa dizer qual das duas reações acima é mais favorecida.
Fala tu, qual é a base mais forte? Quem quer mais pegar aquele próton do ácido carboxílico? A água () ou a hidroxila ()?
Pois é, a hidroxila é a base mais forte, ela é negativa e tal. Tem mais tendência a pegar um próton.
Agora, vamos ver pela tabela se isso é verdade?
Pela tabela:
Portanto, o é um ácido mais forte que o . E lembra que a base conjugada de um ácido forte é fraca? Olhando pras bases conjugadas desses caras, podemos afirmar que o é uma base mais forte que o .
Pra pensar em termos de , precisamos inverter aquelas reações, e .
Conclusão: a reação II é favorecida em relação à I.
Passo 2
b)
Predizer qual reação é mais favorecida é mais complicado do que no caso anterior. Só olhando para as bases e , podemos dizer que o oxigênio é mais eletronegativo, portanto lida melhor com carga negativa e, por isso, deve ser uma base mais fraca (menos necessidade de capturar um próton).
Mas melhor confirmar com os .
O , com menor , é o ácido mais fraco. Portanto, sua base é mais forte do que a base conjugada da água. é mais básico que e a reação I é favorecida em relação à II.
Passo 3
c) Completando as reações:
Se a gente precisasse prever qual das reações é favorecida, poderíamos argumentar que o , por ter uma carga negativa deve ser mais básico que o , que é uma base sem carga. E assim, a segunda reação seria favorecida. Vamos ver os pra confirmar (ou não).
Com menor , o é o ácido mais fraco e sua base conjugada é a mais forte. Com isso, a reação II é favorecida em relação à primeira.
Resposta
a) II
b) I
c) II