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Resolução de Problemas de Equilíbrio de Sistemas Complexos Prof. Herbert Barbosa Química Geral II 2015.2 • Tratamento sistemático é a forma de lidar com equilíbrios químicos, não importando o grau de complexidade; • Existem várias etapas no processo: Escrever as equações que representam todas as espécies químicas: Condições de equilíbrio; Balanços de massa e carga no equilíbrio; Adicione aproximações e condições que facilitam os cálculos. Resolução de Problemas de Equilíbrio de Sistemas Complexos • Balanço de carga: afirmação algébrica da eletroneutralidade; A soma das cargas positivas = soma das cargas negativas Em uma solução de KH2PO4 e KOH, teriamos: Resolução de Problemas de Equilíbrio de Sistemas Complexos • Formula geral para o balanço de carga: [C] representa a concentração do cátion com carga n; [A] é a concentração de um ânion com carga m; • Escrever o balanço de carga para uma solução com: Resolução de Problemas de Equilíbrio de Sistemas Complexos • Balanço de massa: afirmação da conservação das massas no equilíbrio; • O preparo de uma solução de ácido acético 0,050 mol L-1 em água mostra que: • O balanço de massa incluem todos os produtos gerados no equilíbrio. O preparo de uma solução de ácido fosfórico 0,025 mol L-1 em água mostra que : Resolução de Problemas de Equilíbrio de Sistemas Complexos • Balanço de massa: Escrever o balanço de massa para K+ e fosfato em uma solução preparada através da mistura de 0,0250 mol de KH2PO4 mais 0,030 mol KOH diluído para 1 L. • Balanço de massa para o potássio: • Balanço de massa para as espécies de fosfato: Resolução de Problemas de Equilíbrio de Sistemas Complexos • Balanço de massa: Escrever o balanço de massa para uma solução saturada de Ag3PO4 , um sal pouco solúvel, que produz Ag + e fosfato em solução. • Se o fosfato permanecesse como fosfato, teríamos: • Entretanto como o fosfato reage com a água, tem-se: Resolução de Problemas de Equilíbrio de Sistemas Complexos Procedimentos adotados para o tratamento sistemático de equilíbrios químicos: 1. Escreva um conjunto de equações químicas balanceadas para todos os equilíbrios pertinentes; 2. Se possível, escreva a expressão do balanço de carga para o sistema; 3. Escrever a equação referente ao balanço de massa; 4. Escreva as expressões das constantes de equilíbrio para todos os equilíbrios descritos na Etapa 1 e encontre os valores numéricos para as constantes nas tabelas de constantes de equilíbrio; 5. Conte o número de concentrações desconhecidas (incógnitas) nas equações desenvolvidas nas etapas 2, 3, e 4 e compare esse número com o de equações independentes; 6. Resolver as equações. Se possível, faça aproximações adequadas para reduzir o número de concentrações de equilíbrio desconhecidas e, assim, o número de equações necessárias para fornecer a solução. Resolução de Problemas de Equilíbrio de Sistemas Complexos Aplique o tratamento sistemático para encontrar Hg2 2+ numa solução saturada de Hg2Cl2 Etapa 1: escrever as reações químicas envolvidas: Etapa 2: balanço de carga: Etapa 3: balanço de massa Etapa 4: constantes de equilíbrio Resolução de Problemas de Equilíbrio de Sistemas Complexos Aplique o tratamento sistemático para encontrar Hg2 2+ numa solução saturada de Hg2Cl2 Etapa 5: contar as equações (5) e incógnitas (4); Equações: balanço de carga, balanço de massa e duas constantes; Incógnitas: [H+], [Hg2 2+], [Cl-], [OH-] Etapa 6: Resolver. Como a água não está interagindo com Hg2Cl2 neste sistema, você pode essencialmente resolver para H+ e OH- usando a ionização da água: Usando a constante de solubilidade envolvendo o Hg2Cl2 : Resolução de Problemas de Equilíbrio de Sistemas Complexos Aplicar o tratamento sistemático para encontrar a concentração de [NH3], [NH4 +], [H+] e [OH-] em uma solução 0,010 mol/L de NH3 em 1,00 L de solução. Etapa 1: escrever as reações químicas envolvidas: Etapa 3: balanço de massa Etapa 4: constantes de equilíbrio Etapa 2: balanço de carga: [NH4 +] + [H+] = [OH-] [NH3] + [NH4 +] = 0,010 = CF Resolução de Problemas de Equilíbrio de Sistemas Complexos Aplicar o tratamento sistemático para encontrar a concentração de [NH3], [NH4 +], [H+] e [OH-] em uma solução 0,010 mol/L de NH3 em 1,00 L de solução. Resolução de Problemas de Equilíbrio de Sistemas Complexos Solubilidade do HgS Equilíbrios: Balanço de carga: Balanço de massa: Resolução de Problemas de Equilíbrio de Sistemas Complexos Solubilidade do HgS Resolução de Problemas de Equilíbrio de Sistemas Complexos Solubilidade do HgS 4) Hg2+ Resolução de Problemas de Equilíbrio de Sistemas Complexos Solubilidade do HgS Resolução de Problemas de Equilíbrio de Sistemas Complexos O efeito do pH na solubilidade Fluoreto de cálcio, CaF2, é um cristal cúbico, que pode mudar de cor dependendo da presença de impurezas; Vamos agora considerar a solubilidade de fluoreto de cálcio na água. Resolução de Problemas de Equilíbrio de Sistemas Complexos O efeito do pH na solubilidade Aplicar o tratamento sistemático para encontrar a concentração de Ca2+ numa solução de CaF2. Considerar que F - ,em solução, é uma base fraca. Etapa 5: contar as equações (5) e incógnitas (5); Equações: balanço de carga, balanço de massa e três constantes; Incógnitas: [Ca2+](x), [HF](a), [F-](b), [H+](c), [OH-](d) Etapa 6: Resolver. Resolução de Problemas de Equilíbrio de Sistemas Complexos O efeito do pH na solubilidade Aplicar o tratamento sistemático para encontrar a concentração de Ca2+ numa solução de CaF2. Considerar que F - ,em solução, é uma base fraca. Resolução de Problemas de Equilíbrio de Sistemas Complexos O efeito do pH na solubilidade: chuva ácida Sais de íons básicos (F-, OH-, S2-, CO3 2 -, C2O4 2-, PO4 3-) têm maior solubilidade em pH mais baixo, devido as reações destes com água; Resolução de Problemas de Equilíbrio de Sistemas Complexos O efeito do pH na solubilidade [Al] › 130 mg L-1 é prejudicial aos peixes. pH também pode ter um efeito sobre a solubilidade de minerais; Metais, como o alumínio ou chumbo, podem ser liberados a partir de formas insolúveis, com um valor suficientemente baixo de pH. Resolução de Problemas de Equilíbrio de Sistemas Complexos O efeito do pH na solubilidade: oxalato de bário Etapa 1: escrever as reações químicas envolvidas: Etapa 2: balanço de carga: Etapa 3: balanço de massa: Resolução de Problemas de Equilíbrio de Sistemas Complexos O efeito do pH na solubilidade: oxalato de bário Etapa 6: Resolver, de acordo com um valor de pH especifico (expressões em função de [H+] ou [OH-]. Etapa 4: constantes de equilíbrio Etapa 5: contar as equações (6) e incógnitas (6); Equações: balanço de carga, balanço de massa e quatro constantes; Incógnitas: [H+], [Ba2+], [C2O4 2-], [HC2O4 -], [H2C2O4], [OH -] Resolução de Problemas de Equilíbrio de Sistemas Complexos O efeito do pH na solubilidade: oxalato de bário Resolução de Problemas de Equilíbrio de Sistemas Complexos O efeito do pH na solubilidade: oxalato de bário Ex.: pH = 2 (adição de um tampão) pH = 7,65 se não adicionarmos tampão Resolução de Problemas de Equilíbrio de Sistemas Complexos Trabalhando em um pH fixo: 1. Escreva todas as equações usando o tratamento sistemático de equilíbrio; 2. Expresse a concentração de cada forma protonada do ânion (HnA) em termosde [A]; 3. Substitua as expressões para (HnA) da etapa 2 no balanço de massa, de modo a obter uma relação entre [M] e [A]; 4. Substitua a relação entre [M] e [A] na expressão do produto de solubilidade, obtendo o valor de [M]; 5. A partir de [M] e da [OH-], use as várias constantes de equilíbrio para determinar as concentrações das diversas formas do ânion. Resolução de Problemas de Equilíbrio de Sistemas Complexos Tenha em mente: Ao resolver sistemas em equilíbrio, estaremos limitados à reações que temos conhecimento; No exemplo anterior, Ba2+ reage com OH- para formar BaOH+ em solução; Na melhor das hipóteses, as nossas respostas são uma aproximação se não temos a informação de equilíbrio para outras reações. Resolução de Problemas de Equilíbrio de Sistemas Complexos