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165 Ácidos e bases: Conceitos de ácidos e bases. Dissolução de ácidos e bases fracos, Escala de pH, Cálculo de pH, Solução tampão. (Cap. 16 e 17) O impacto de ácidos e bases em qualquer meio depende do “tipo” de ácido ou base, bem como de sua concentração. O tempo necessário para que um objeto metálico imerso em água seja corroído, a capacidade de um ambiente aquático sustentar a vida de peixes e plantas, o destino de poluentes retirados do ar pela chuva e a velocidade das reações que mantêm nossas vidas dependem fundamentalmente da acidez ou da basicidade das soluções. 166 Ácidos e bases: Conceitos de ácidos e bases. Dissolução de ácidos e bases fracos, Escala de pH, Cálculo de pH usando equilíbrio, Solução tampão. (Cap. 16 e 17) Teorias ácido-base Conceito de ácidos e bases de Arrhenius: • Um ácido é uma substância que, quando dissolvida em água, aumenta a concentração de íons H+; • Uma base é uma substância que, quando dissolvida em água, aumenta a concentração de íons OH-; Limitações: não explica o papel da água como solvente; não explica o comportamento básico de compostos como a amônia (NH3). Conceito de ácidos e bases de Bronsted-Lowry: • Um ácido é uma substância (molécula ou íon) que doa um próton (H+) para outra substância. • Um base é uma substância que aceita um próton (H+). 167 Ácidos e bases: Conceitos de ácidos e bases. Dissolução de ácidos e bases fracos, Escala de pH, Cálculo de pH usando equilíbrio, Solução tampão. (Cap. 16 e 17) Teorias ácido-base Ácidos e bases de Bronsted-Lowry 168 Ácidos e bases: Conceitos de ácidos e bases. Dissolução de ácidos e bases fracos, Escala de pH, Cálculo de pH usando equilíbrio, Solução tampão. (Cap. 16 e 17) Teorias ácido-base Pares de ácido-base conjugados A água como uma espécie anfótera, atuando como base e como ácido!!! 169 Ácidos e bases: Conceitos de ácidos e bases. Dissolução de ácidos e bases fracos, Escala de pH, Cálculo de pH usando equilíbrio, Solução tampão. (Cap. 16 e 17) 170 Ácidos e bases: Conceitos de ácidos e bases. Dissolução de ácidos e bases fracos, Escala de pH, Cálculo de pH usando equilíbrio, Solução tampão. (Cap. 16 e 17) FORÇAS RELATIVAS DE ÁCIDOS E BASES - Um ácido forte transfere seus prótons completamente para a água, não deixando praticamente nenhuma molécula não dissociada em solução. Sua base conjugada tem uma tendência insignificante de aceitar prótons em solução aquosa. Exemplos: (HCI, HBr, HI, HNO3, HCIO3 e HCIO4) - Um ácido fraco dissocia-se apenas parcialmente em solução aquosa, sendo, portanto, encontrado na solução como uma mistura de ácido não dissociado e sua base conjugada. A base conjugada de um ácido fraco mostra uma ligeira capacidade de remover prótons da água. Exemplos: ácidos orgânicos. 171 Ácidos e bases: Conceitos de ácidos e bases. Dissolução de ácidos e bases fracos, Escala de pH, Cálculo de pH usando equilíbrio, Solução tampão. (Cap. 16 e 17) FORÇAS RELATIVAS DE ÁCIDOS E BASES “Quanto mais forte for um ácido, mais fraca será a sua base conjugada, e quanto mais forte for uma base, mais fraco será o seu ácido conjugado.” 172 Aula 12 – Ácidos e bases: Conceitos de ácidos e bases. Dissolução de ácidos e bases fracos, Escala de pH, Cálculo de pH usando equilíbrio, Solução tampão. (Cap. 16 e 17) AUTO IONIZAÇAO DA ÁGUA O PRODUTO IÔNICO DA ÁGUA Essa é a constante de equilíbrio da auto-ionização da água. O termo [H2O] é excluído da expressão da constante de equilíbrio porque eliminamos as concentrações de sólidos e líquidos puros. Kw se refere a constante de equilíbrio da auto-ionização da água a 25 ºC. 173 Ácidos e bases: Conceitos de ácidos e bases. Dissolução de ácidos e bases fracos, Escala de pH, Cálculo de pH usando equilíbrio, Solução tampão. (Cap. 16 e 17) O PRODUTO IÔNICO DA ÁGUA Independentemente dos valores de [H+] e [OH-] no meio, o produto iônico da água a 25 ºC será sempre 1,0 x 10-14. 174 Ácidos e bases: Conceitos de ácidos e bases. Dissolução de ácidos e bases fracos, Escala de pH, Cálculo de pH usando equilíbrio, Solução tampão. (Cap. 16 e 17) 175 Ácidos e bases: Conceitos de ácidos e bases. Dissolução de ácidos e bases fracos, Escala de pH, Cálculo de pH usando equilíbrio, Solução tampão. (Cap. 16 e 17) ESCALA DE pH A concentração molar de H+ (aq) em uma solução aquosa costuma ser muito pequena. Por conveniência, portanto, geralmente expressamos [H+] em termos de pH, que é o logaritmo negativo na base 10 de [H+] : 176 Ácidos e bases: Conceitos de ácidos e bases. Dissolução de ácidos e bases fracos, Escala de pH, Cálculo de pH usando equilíbrio, Solução tampão. (Cap. 16 e 17) 177 Ácidos e bases: Conceitos de ácidos e bases. Dissolução de ácidos e bases fracos, Escala de pH, Cálculo de pH usando equilíbrio, Solução tampão. (Cap. 16 e 17) pOH E OUTRAS ESCALAS "p" O logaritmo negativo é uma maneira conveniente de expressar as magnitudes de outras quantidades pequenas. Assim, podemos expressar a concentração de OH- como pOH: 178 Ácidos e bases: Conceitos de ácidos e bases. Dissolução de ácidos e bases fracos, Escala de pH, Cálculo de pH usando equilíbrio, Solução tampão. (Cap. 16 e 17) 179 Ácidos e bases: Conceitos de ácidos e bases. Dissolução de ácidos e bases fracos, Escala de pH, Cálculo de pH usando equilíbrio, Solução tampão. (Cap. 16 e 17) Soluções que contêm altas concentrações ( 10-3 M ou mais) de um par ácido- base conjugado fraco e que podem resistir a variações drásticas de pH com a adição de pequenas quantidades de ácido ou base forte são chamadas soluções tampão (ou simplesmente tampões). TAMPÕES COMPOSIÇÃO E AÇÃO DOS TAMPÕES Um tampão resiste às variações no pH porque contém espécies ácidas para neutralizar os íons OH- e espécies básicas para neutralizar os íons H+. Esses requisitos são preenchidos por um par ácido-base conjugado, como CH3COOH/CH3COO- ou NH4 + /NH3. A chave é ter concentrações praticamente iguais tanto de ácido fraco quanto de sua base conjugada. 180 Ácidos e bases: Conceitos de ácidos e bases. Dissolução de ácidos e bases fracos, Escala de pH, Cálculo de pH usando equilíbrio, Solução tampão. (Cap. 16 e 17) Existem duas formas de preparar um tampão: 1. Misture um ácido fraco ou uma base fraca com um sal desse ácido ou base. Por exemplo, o tampão CH3COOH/CH3COO- pode ser preparado pela adição de CH3COONa a uma solução de CH3COOH. Do mesmo modo, o tampão NH4 +/NH3 pode ser preparado pela adição de NH4Cl a um solução de NH3. 2. Prepare o ácido ou a base conjugada a partir de uma solução de ácido ou base fraca, adicionando um ácido ou base forte. Por exemplo, para fazer o tampão CH3COOH/CH3COO- , pode-se partir de uma solução de CH3COOH e adicionar um pouco de NaOH à solução - o suficiente para neutralizar cerca de metade do CH3COOH segundo a reação. TAMPÕES Indicadores de pH Esses camaleões químicos são essenciais para testes rápidos e demonstrações visuais. Definição Substâncias que mudam de cor conforme o pH da solução, revelando sua natureza ácida ou básica. Exemplos Clássicos Fenolftaleína: Incolor em ácido, rosa vibrante em base. Tornassol: Vermelho em ácido, azul em base. Indicadores Naturais O suco de repolho roxo é um exemplo fascinante, mudando do vermelho ao verde-amarelo, dependendo do pH. Indicadores de pH • São ácidos ou bases fracas que sofrem alterações reversíveis em sua estrutura quando o pH da solução muda. • Cada forma molecular absorve e reflete a luz de maneira diferente, resultando na mudança de cor perceptível. • Essa transição ocorre em uma faixa de pH específica para cada indicador, conhecida como "zona de viragem". A magia por trás dos indicadores reside em sua estrutura molecular: Exemplos de indicadores Exemplo Foram retiradas 3 amostras de uma fonte de água. A primeira ficou amarela após a adição de algumas gotas de azul de bromotimol. A segunda ficou laranja após a adição de Vermelho de metila. A Terceira ficou laranja após a adição de algumas gotas de alaranjado de metila.Qual o pH estimado dessa água? (R: 4,2-4,4) Aplicações Práticas dos Indicadores 1 Testes de pH Monitoramento rápido em laboratórios, piscinas, alimentos e produtos de limpeza para garantir segurança e qualidade. 2 Titulações Detecção visual do ponto de neutralização em titulações ácido-base, essencial para análises quantitativas. 3 Controle Industrial Controle de qualidade e otimização de processos em indústrias farmacêuticas, alimentícias e químicas. 4 Monitoramento Ambiental Verificação do pH em solos, rios e lagos para avaliar a saúde de ecossistemas e detectar poluição.