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DQA Profª. Aline Soares Freire Professor Assistente A EQUILÍBRIO ÁCIDO-BASE IQA 121 – Química Analítica Aula 16a Departamento de Química Analítica - UFRJ Parte IV: Equilíbrios envolvendo ácidos e bases fracos (cont.) DQA 2 HA- H2A + H2O H3O + + A= HA- + H2O H3O + + ÁCIDOS FRACOS POLIPRÓTICOS Ka1 = [H3O +] [HA -] [H2A] Ka2 = [H3O +] [A =] [HA-] OH- H2O + H2O H3O + + Kw = [H3O+] [OH-] BC: [H3O +] = [HA-] + 2 [A=] + [OH-] BM: CH2A = [H2A] + [HA -] + [A=] DQA 3 ÁCIDOS FRACOS POLIPRÓTICOS • Simplificações possíveis: 1ª aproximação: Se o H2A é um ácido fraco, espera-se que a solução seja ácida. BC: [H3O +] ≈ [HA-] + 2 [A=] Na equação de balanço de cargas: BC: [H3O +] = [HA-] + 2 [A=] + [OH-] DQA 4 ÁCIDOS FRACOS POLIPRÓTICOS • Simplificações possíveis: 2ª aproximação: Se o Ka1 >> Ka2 (ou Ka2 << Ka1) e considerando o efeito do íon comum, espera-se que [A=] << [HA-] Na equação de balanço de cargas: BM: CH2A = [H2A] + [HA -] + [A=] BM: CH2A ≈ [H2A] + [HA -] BC: [H3O +] ≈ [HA-] + 2 [A=] Na equação de balanço de massas: BC: [H3O +] ≈ [HA-] DQA 5 ÁCIDOS FRACOS POLIPRÓTICOS • Simplificações possíveis: 3ª aproximação: Se o H2A é um ácido fraco, espera-se que ele esteja pouco dissociado. Na equação de balanço de massas: BM: CH2A ≈ [H2A] + [HA -] BM: CH2A ≈ [H2A] DQA 6 ÁCIDOS FRACOS POLIPRÓTICOS BC: [H3O +] ≈ [HA-] BM: CH2A ≈ [H2A] Ka1 = [H3O +] [HA -] [H2A] Ka2 = [H3O +] [A =] [HA-] Kw = [H3O +] [OH -] Ka1 = [H3O +] [H3O +] CH2A Ka2 = [H3O +] [A=] [H3O +] DQA 7 Presença de um ácido forte FATORES QUE AFETAM A IONIZAÇÃO DE UM ÁCIDO FRACO Exemplo: HOAc + HCl OAc- HOAc + H2O H3O + + Cl- HCl + H2O H3O + + Íon comum DIMINUI/INIBE A IONIZAÇÃO DO ÁCIDO FRACO DQA 8 Presença de um sal com um íon comum FATORES QUE AFETAM A IONIZAÇÃO DE UM ÁCIDO FRACO Exemplo: HOAc + NaOAc OAc- HOAc + H2O H3O + + OAc- NaOAc Na + + Íon comum DIMINUI/INIBE A IONIZAÇÃO DO ÁCIDO FRACO DQA 9 Presença de uma base forte FATORES QUE AFETAM A IONIZAÇÃO DE UM ÁCIDO FRACO Exemplo: HOAc + NaOH OAc- HOAc + H2O H3O + + OH- NaOH Na + + AUMENTA/FAVORECE A IONIZAÇÃO DO ÁCIDO FRACO H2O DQA 10 GRAU DE IONIZAÇÃO α = Número de moléculas ionizadas (x) Número de moléculas totais (Ca) (Pode ser expresso em %) DQA 11 Qual é o pH de uma solução de ácido acético de concentração igual a 1,0 x 10-2 mol L-1? E o grau de ionização? OAc- HOAc H3O + + Equilíbrio: (1,0 x 10-2 - x) x x Início: 1,0 x 10-2 - - 1,75 x 10-5 [H3O +] [OAc -] Ka = [HOAc] = x x (1,0x10-2 - x) = . EQ. 2º GRAU COMPLETA Resolvendo: x = [H3O +] = 4,097 x 10-4 mol L-1 pH = 3,39 α = 4,097 x 10-4 1,0 x 10-2 α = 4,097 x 10-2 = 4,1% DQA 12 FRAÇÃO DE ESPÉCIES (α) H2PO4 - H3PO4 + H2O H3O + + HPO4 = H2PO4 - + H2O H3O + + PO4 3- HPO4 = + H2O H3O + + Ka1 = [H3O +] [H2PO4 -] [H3PO4] Ka2 = [H3O +] [HPO4 =] [H2PO4 -] Ka3 = [H3O +] [PO4 3-] [HPO4 =] CH3PO4 = [H3PO4] + [H2PO4 -] + [HPO4 =] + [PO4 3-] DQA 13 FRAÇÃO DE ESPÉCIES (α) α0 = [H3PO4] CH3PO4 α1 = [H2PO4 -] CH3PO4 α2 = [HPO4 =] CH3PO4 α3 = [PO4 3-] CH3PO4 Perdeu ZERO hidrogênios ácidos Perdeu UM hidrogênio ácido Perdeu DOIS hidrogênios ácidos Perdeu TRÊS hidrogênios ácidos α0 + α1 + α2 + α3 = 1 [H3PO4] = α0 . CH3PO4 [H2PO4 -] = α1 . CH3PO4 [HPO4 =] = α2 . CH3PO4 [PO4 3-] = α3 . CH3PO4 DQA 14 FRAÇÃO DE ESPÉCIES (α) α0 = [H3PO4] CH3PO4 = [H3PO4] [H3PO4] + [H2PO4 -] + [HPO4 =] + [PO4 3-] α1 = [H2PO4 -] CH3PO4 α2 = [HPO4 =] CH3PO4 α3 = [PO4 3-] CH3PO4 = [H2PO4 -] [H3PO4] + [H2PO4 -] + [HPO4 =] + [PO4 3-] = [HPO4 =] [H3PO4] + [H2PO4 -] + [HPO4 =] + [PO4 3-] = [PO4 3-] [H3PO4] + [H2PO4 -] + [HPO4 =] + [PO4 3-] DQA 15 FRAÇÃO DE ESPÉCIES (α) α0 = [H3PO4] CH3PO4 = [H3PO4] [H3PO4] + [H2PO4 -] + [HPO4 =] + [PO4 3-] = [H3O +]3 [H3O +]3 + Ka1[H3O +]2 + Ka1Ka2[H3O +] + Ka1Ka2Ka3 α1 = [H2PO4 -] CH3PO4 = [H2PO4 -] [H3PO4] + [H2PO4 -] + [HPO4 =] + [PO4 3-] = Ka1[H3O +]2 [H3O +]3 + Ka1[H3O +]2 + Ka1Ka2[H3O +] + Ka1Ka2Ka3 α2 = [HPO4 =] CH3PO4 = [HPO4 =] [H3PO4] + [H2PO4 -] + [HPO4 =] + [PO4 3-] = Ka1Ka2[H3O +] [H3O +]3 + Ka1[H3O +]2 + Ka1Ka2[H3O +] + Ka1Ka2Ka3 α3 = [PO4 3-] CH3PO4 = [PO4 3-] [H3PO4] + [H2PO4 -] + [HPO4 =] + [PO4 3-] = Ka1Ka2Ka3 [H3O +]3 + Ka1[H3O +]2 + Ka1Ka2[H3O +] + Ka1Ka2Ka3 DQA 16 FRAÇÃO DE ESPÉCIES (α) Calcule as concentrações das diferentes espécies numa solução de H3PO4 0,10 mol L -1 em pH = 5 e pH = 10 (Ka1 = 7,5 x 10 -3; Ka2 = 6,2 x 10 -8 e Ka3 = 4,5 x 10 -13) pH = 5,0 [H3O +] = 1,0 x 10-5 mol L-1 D = [H3O +]3 + Ka1[H3O +]2 + Ka1Ka2[H3O +] + Ka1Ka2Ka3 D = (1,0 x 10-5)3 + (7,5 x 10-3 x (1,0 x 10-5)2) + (7,5 x 10-3 x 6,2 x 10-8 x 1,0 x 10-5 ) + (7,5 x 10-3 x 6,2 x 10-8 x 4,5 x 10-13 ) D = 1,0 x 10-15 + 7,5 x 10-13 + 4,65 x 10-15 + 2,09 x 10-22 D = 7,56 x 10-13 DQA 17 FRAÇÃO DE ESPÉCIES (α) Calcule as concentrações das diferentes espécies numa solução de H3PO4 0,10 mol L -1 em pH = 5 e pH = 10 (Ka1 = 7,5 x 10 -3; Ka2 = 6,2 x 10 -8 e Ka3 = 4,5 x 10 -13) α0= [H3O +]3 [H3O +]3 + Ka1[H3O +]2 + Ka1Ka2[H3O +] + Ka1Ka2Ka3 α0 = 1,32 x 10 -3 α1 = Ka1[H3O +]2 [H3O +]3 + Ka1[H3O +]2 + Ka1Ka2[H3O +] + Ka1Ka2Ka3 α2 = Ka1Ka2[H3O +] [H3O +]3 + Ka1[H3O +]2 + Ka1Ka2[H3O +] + Ka1Ka2Ka3 α3 = Ka1Ka2Ka3 [H3O +]3 + Ka1[H3O +]2 + Ka1Ka2[H3O +] + Ka1Ka2Ka3 α1 = 0,992 α2 = 6,15 x 10 -3 α3 = 2,76 x 10 -10 DQA 18 FRAÇÃO DE ESPÉCIES (α) Calcule as concentrações das diferentes espécies numa solução de H3PO4 0,10 mol L -1 em pH = 5 e pH = 10 (Ka1 = 7,5 x 10 -3; Ka2 = 6,2 x 10 -8 e Ka3 = 4,5 x 10 -13) [H3PO4] = α0 x CH3PO4 [H2PO4 -] = α1 x CH3PO4 [HPO4 =] = α2 x CH3PO4 [PO4 3-] = α3 x CH3PO4 [H3PO4] = 1,32 x 10 -4 mol L-1 [H2PO4] = 9,92 x 10 -2 mol L-1 [HPO4] = 6,51 x 10 -4 mol L-1 [PO4 3-] = 2,76 x 10-11 mol L-1 DQA 19 FRAÇÃO DE ESPÉCIES (α) Calcule as concentrações das diferentes espécies numa solução de H3PO4 0,10 mol L -1 em pH = 5 e pH = 10 (Ka1 = 7,5 x 10 -3; Ka2 = 6,2 x 10 -8 e Ka3 = 4,5 x 10 -13) pH = 10 [H3O +] = 1,0 x 10-10 mol L-1 D = [H3O +]3 + Ka1[H3O +]2 + Ka1Ka2[H3O +] + Ka1Ka2Ka3 D = (1,0 x 10-10)3 + (7,5 x 10-3 x (1,0 x 10-10)2) + (7,5 x 10-3 x 6,2 x 10-8 x 1,0 x 10-10 ) + (7,5 x 10-3 x 6,2 x 10-8 x 4,5 x 10-13 ) D = 1,0 x 10-30 + 7,5 x 10-23 + 4,65 x 10-20 + 2,09 x 10-22 D = 4,68 x 10-20 DQA 20 FRAÇÃO DE ESPÉCIES (α) Calcule as concentrações das diferentes espécies numa solução de H3PO4 0,10 mol L -1 em pH = 5 e pH = 10 (Ka1 = 7,5 x 10 -3; Ka2 = 6,2 x 10 -8 e Ka3 = 4,5 x 10 -13) α0= [H3O +]3 [H3O +]3 + Ka1[H3O +]2 + Ka1Ka2[H3O +] + Ka1Ka2Ka3 α0= 2,14 x 10 -11 α1 = Ka1[H3O +]2 [H3O +]3 + Ka1[H3O +]2 + Ka1Ka2[H3O +] + Ka1Ka2Ka3 α2 = Ka1Ka2[H3O+] [H3O +]3 + Ka1[H3O +]2 + Ka1Ka2[H3O +] + Ka1Ka2Ka3 α3 = Ka1Ka2Ka3 [H3O +]3 + Ka1[H3O +]2 + Ka1Ka2[H3O +] + Ka1Ka2Ka3 α1= 1,60 x 10 -3 α2 = 0,994 α3 = 4,47 x 10 -3 DQA 21 FRAÇÃO DE ESPÉCIES (α) Calcule as concentrações das diferentes espécies numa solução de H3PO4 0,10 mol L -1 em pH = 5 e pH = 10 (Ka1 = 7,5 x 10 -3; Ka2 = 6,2 x 10 -8 e Ka3 = 4,5 x 10 -13) [H3PO4] = α0 x CH3PO4 [H2PO4 -] = α1 x CH3PO4 [HPO4 =] = α2 x CH3PO4 [PO4 3-] = α3 x CH3PO4 [H3PO4] = 2,14 x 10 -12 mol L-1 [H2PO4 -] = 1,60 x 10-4 mol L-1 [HPO4 =] = 9,94 x 10-2 mol L-1 [PO4 3-] = 4,47 x 10-4 mol L-1 DQA 22 FRAÇÃO DE ESPÉCIES (α) α0; H3PO4 α1; H2PO4 - α2; HPO4 = α3; PO4 3-
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