Neste exercício, devemos considerar o sulfeto de zinco, que é um sal pouco solúvel na maioria das vezes com uma constante de produto de solubilidade de . O cátion do sal forma complexos de amina com amônia de acordo com as seguintes fórmulas químicas: . O complexo mais estável deles é o complexo tetraamina com um de . Como não há dados listados dos outros complexos nos apêndices, podemos supor que as constantes de formação dos outros três complexos são desprezíveis. Também sabemos que a amônia é uma base e o sulfeto de hidrogênio (a forma protonada do ânion) é um ácido (muito) fraco.

1. Nesta parte, devemos determinar a solubilidade molar do sulfeto de zinco em água em pH = 7,00. Sob tais condições, apenas o produto de solubilidade do sulfeto de zinco deve ser levado em consideração. Vamos expressar o produto de solubilidade desta forma. A equação química da reação é escrita da seguinte forma:

A constante do produto de solubilidade é dada como segue:



Devido à mesma estequiometria, a concentração de íons zinco e sulfeto é a mesma. Vamos indicá-los como x e determinar seu valor:



Como um mol de ZnS produz um mol de zinco e íons sulfeto, esse valor também é igual à solubilidade molar

2. Nesta parte, devemos determinar a solubilidade molar do sulfeto de zinco em amônia 0.100 M. Nessas condições, deve-se levar em consideração o produto de solubilidade do sulfeto de zinco e também a constante de formação do complexo. Vamos expressar o produto de solubilidade desta forma. A equação química da reação é escrita da seguinte forma:

A formação do complexo é dada como:

Praticamente, isso significa que a solubilidade do sal pouco solúvel é dramaticamente aumentada pelo processo de formação do complexo.



As duas reações separadas também podem ser escritas como uma reação global, especificada da seguinte forma:





Devido à mesma estequiometria, a concentração de tetraamina de zinco e íons sulfeto são os mesmos. Vamos indicá-los como x e determinar seu valor:



Como um mol de ZnS produz um mol desses íons, esse valor também é igual à solubilidade molar.

3. Nesta parte, devemos determinar a solubilidade molar do sulfeto de zinco em 0.100 M de amônia/tampão de amônio em pH = 9,00. Nesta tarefa, o pH do tampão e a concentração geral nos permite determinar a concentração de amônia e íons de amônio. No entanto, os íons de amônio reagem com os íons de sulfeto remanescentes da dissolução do sal, o que também é facilitado pela formação do complexo de amina. Em primeiro lugar, vamos considerar a formação de amônia a partir de íons amônio e íons sulfeto.

Passo 2



Esta reação é a reação inversa da segunda dissociação de . Vamos expressar esse valor a partir do dado valor.



O valor geral de KK do processo é dado como o produto desses dois valores:



Isso significa que apenas uma fração muito pequena de amônio se transforma em amônia. Portanto, vamos negligenciar este efeito ao considerar o teor de amônia para formar o complexo.

O teor de amônia no tampão determina a solubilidade molar do sal, como visto na tarefa b) também. Isso significa que, para realizar os mesmos cálculos da subtarefa anterior, devemos determinar a concentração de amônia. Em primeiro lugar, vamos escrever a constante de dissociação ácida da amônia:



Vamos escrever a fórmula tampão usada para a determinação do pH para calcular a razão entre a concentração de amônio e amônia:



A concentração do tampão é 0.100 M. Ou seja, a soma da concentração de amônio e amônia é 0.100 M. Vamos usar esta informação para expressar a concentração de amônia



Conhecendo a concentração de amônia, podemos agir da mesma forma que fizemos na parte anterior para determinar a solubilidade molar (veja a dedução da fórmula na Etapa 4):



Devido à mesma estequiometria, a concentração de tetraamina de zinco e íons sulfeto são os mesmos. Vamos indicá-los como x e determinar seu valor:



Como um mol de ZnS produz um mol desses íons, esse valor também é igual à solubilidade molar.

Passo 3

4. Nesta parte, devemos determinar a solubilidade molar do sulfeto de zinco em 0.100 M de amônia/tampão de amônio em pH = 9,00 com a presença de EDTA, cuja concentração também é 0.100 M na solução. Caso os dois reagentes (EDTA e o cátion metálico) estejam presentes em quantidades estequiometricamente equivalentes, a quantidade do cátion metálico e do EDTA não coordenado é dada pela constante de formação condicional do complexo metal-EDTA de acordo com a seguinte fórmula:

onde é a fração do EDTA não protonado em um determinado pH.

O valor de é dado da seguinte forma:



Os valores de K indicam as constantes de dissociação do EDTA, que são dadas da seguinte forma:



A concentração de prótons é dada como 10 elevado à potência de -pH.

Portanto, vamos substituir todos os numerais dados na expressão para poder calcular a constante condicional. :

Este valor constante de formação condicional mostra uma afinidade muito maior dos íons de zinco para o EDTA do que para as moléculas de amônia, pois há 7 magnitudes de diferença entre os valores de K correspondentes. Isso significa que a afinidade dos íons de zinco com a amônia é insignificante neste caso. Portanto, vamos escrever novamente a equação da dissolução e a formação do complexo, agora com EDTA.



A formação do complexo EDTA:





As duas reações separadas também podem ser escritas como uma reação global, especificada da seguinte forma:

Vamos expressar um valor K para esta expressão:





Devido à mesma estequiometria, a concentração do complexo zinco-EDTA e os íons sulfeto são os mesmos. Vamos indicá-los como x e determinar seu valor:



Como um mol de ZnS produz um mol desses íons, esse valor também é igual à solubilidade molar.

Passo 4

5. Nesta parte, devemos especificar os perigos do sulfeto de zinco. O sulfeto de zinco não é uma substância excessivamente perigosa, não inflamável, não explosiva e não tóxica. No entanto, ao entrar em contato com a pele, pode causar alguma irritação dérmica, também pode causar vermelhidão nos olhos, e pode causar problemas respiratórios enquanto seu poder fino é inalado. Portanto, precauções gerais, como o uso de óculos de segurança, luvas de proteção e tratamento cuidadoso é recomendado, enquanto estiver trabalhando com a substância. Se entrar em contato com a pele ou os olhos, deve-se realizar lavagem cuidadosa e enxágue com água da torneira, devendo-se retirar as peças de roupa contaminadas.
6. Nesta parte, devemos determinar se existe um pigmento fosforescente contendo ZnS, e especificar o que ativa o pigmento para brilhar no escuro.

A fosforescência é um fenômeno que é causado pela irradiação da luz após a excitação de um ou mais elétrons. Durante a transição, diferentemente do caso da fluorescência, o elétron muda seu spin, mais especificamente, transfere-se de uma órbita triplete de energia mais alta para uma órbita singlete de energia mais baixa. O fenômeno da fosforescência tem uma duração significativamente maior do que a fluorescência, e a duração do brilho causado é muito maior.

Sulfeto de zinco com a presença de algum ativador, pode apresentar tal fenômeno. A escolha do ativador pode alterar o comprimento de onda (e, portanto, a energia) da luz irradiada e, portanto, sua cor. Por exemplo, sulfeto de zinco combinado com ativador de prata causa irradiação de luz azul e combinado com ativador de cobre causa irradiação de luz verde.

7. Nesta parte, devemos determinar os usos de ZnS na fabricação de componentes ópticos.

O sulfeto de zinco é um material com alto índice de refração (2,20) e ampla transmitância na região do infravermelho. Como bom transmissor, o sulfeto de zinco é uma substância indicada para a produção de lentes, filtros e janelas entre outros.