Aula 1 - Teoria da dissociação eletrolítica

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Teoria da dissociação eletrolítica 
CST Gestão Ambiental - IFRJ 
Prof. Dr. Clenilson Sousa Jr. 
Química Analítica Ambiental 
O que é uma solução? 
Soluto Solvente 
Reações Químicas 
Solução  produto 
homogêneo obtido quando 
se dissolve uma substância 
(soluto) em um solvente. 
 
Solução aquosa quando o 
solvente é a água. 
A importância de soluções aquosas? 
Química Analítica Ambiental 
 Mais de 2/3 do planeta é coberto por água; 
 Substância mais abundante no corpo humano; 
 Propriedades físico-químicas únicas; 
 Solvente para uma ampla variedade de substâncias, 
sendo considerado como solvente universal; 
 Diversas reações bioquímicas, que garantem o adequado 
funcionamento do organismo humano, envolvem 
substâncias dissolvidas em água; 
 Inúmeras reações químicas conhecidas ocorrem em meio 
aquoso. 
Química Analítica Ambiental 
O que são eletrólitos? 
O que são não-eletrólitos? 
Eletrólitos são substâncias químicas que 
formam íons quando dissolvidas em água ou 
outro solvente e assim produzem soluções que 
conduzem a corrente elétrica. 
 
Eletrólitos Corrente elétrica 
 
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O que são eletrólitos? 
O que são não-eletrólitos? 
Corrente elétrica 
Conduz eletricidade 
Sofrem modificações 
Eletrólitos Não - Eletrólitos 
Substâncias inorgânicas 
(ácidos, bases e sais) 
Não conduz eletricidade 
Substâncias orgânicas 
(glicose, glicerina etc.) 
Não se modificam 
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Química Analítica Ambiental 
Teoria de dissociação eletrolítica 
Corrente elétrica  conduzida pela migração 
de partículas carregadas em soluções de 
eletrólitos; 
 
Soluções de eletrólitos  nº de partículas é 2, 3 
ou mais vezes maior que nº de moléculas 
dissolvidas. 
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Teoria de dissociação eletrolítica 
Teoria de Arrhenius  moléculas 
dissociam-se reversivelmente em átomos 
ou grupamentos de átomos carregados que 
conduzem corrente elétrica. 
Química Analítica Ambiental 
 Teoria de Debye-Hückel explica 
porque a condutividade molar de 
soluções de eletrólitos fortes é maior 
quando as soluções são mais diluídas. 
 
Efeito de solvatação 
Teoria de dissociação eletrolítica 
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Teoria de dissociação eletrolítica 
Processo de solvatação Solubilização 
Composto iônico 
NaCl  Na+ + Cl- 
Dissociação eletrolítica 
CH3
 OH 
Dissolução apenas 
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Teoria de dissociação eletrolítica 
Dissociação eletrolítica de substâncias inorgânicas: 
NaCl  Na+ + Cl- 
MgSO4  Mg
2+ + SO4
2- 
CaCl2  Ca
2+ + 2Cl- 
Na2SO4  2Na
+ + SO4
2- 
Cargas positivas = cargas negativas 
nº de cargas do íon = valência 
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Teoria de dissociação eletrolítica 
Grau de dissociação de uma substância química 
moléculasdetotaln
issociadasmoléculasdden
º
º
0
 Não há dissociação 
1
 Dissociação Total 
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Eletrólitos fortes são substâncias químicas que se 
ionizam completamente em um solvente. 
Eletrólitos fracos são substâncias químicas que 
se ionizam parcialmente em um solvente. 
O que são eletrólitos fortes? 
O que são eletrólitos fracos? 
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Eletrólito fraco  Ex: ácido acético (CH3COOH) 
Eletrólito Forte  Ex: cloreto de sódio (NaCl) 
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Exemplos de eletrólitos fortes e fracos 
Classificação de Eletrólitos 
FORTES 
1. Ácidos inorgânicos como HNO3, HClO4, *H2SO4, HCl, HI, 
HBr, HClO3, HBrO3 
2. Hidróxidos alcalinos e alcalino-terrosos; 
3. A maioria dos sais. 
 
*H2SO4 é completamente dissociado para formar os íons HSO4 
- e H3O
+ 
e, por essa razão, é considerado um eletrólito forte. Deve-se 
observar, entretanto, que o íon HSO4 
- é um eletrólito fraco, sendo 
apenas parcialmente dissociado para formar SO4
2- e H3O
+. 
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Exemplos de eletrólitos fortes e fracos 
Classificação de Eletrólitos 
FRACOS 
1.Ácidos inorgânicos, incluindo H2CO3, H3BO3, H3PO4, H2S, 
H2SO3; 
2. A maioria dos ácidos orgânicos; 
3. Amônia e a maioria das bases orgânicas; 
4. Haletos, cianetos e tiocianatos. 
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EQUILÍBRIO QUÍMICO 
Considerações 
 1. As reações químicas não resultam na completa conversão de 
reagentes em produtos. 
 
2. As reações químicas tendem a um estado de equilíbrio 
químico, descrito como a condição de reação em que a razão das 
concentrações de reagentes e produtos é constante. 
 
3. A constante de equilíbrio químico de uma dada reação é a 
expressão algébrica da razão das concentrações entre reagentes e 
produtos. 
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 Perturbação aplicada ao sistema: altera a posição 
do equilíbrio. São exemplos de perturbações 
variações de temperatura, pressão ou concentração 
de reagentes ou produtos. 
 
 Princípio de Le Chatelier diz que a posição de um 
equilíbrio químico sempre é deslocada no sentido que 
alivia ou minimiza a perturbação que é aplicada a um 
sistema. 
EQUILÍBRIO QUÍMICO E O PRINCÍPIO DE LE 
CHATELIER 
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 O deslocamento da posição de equilíbrio 
químico decorrente da variação da quantidade 
de uma ou mais espécies químicas 
participantes de um sistema é chamado de 
Efeito da Ação das Massas. 
EQUILÍBRIO QUÍMICO E A LEI DA AÇÃO DAS 
MASSAS 
Química Analítica Ambiental 
EQUILÍBRIO QUÍMICO E A LEI DA AÇÃO DAS 
MASSAS 
 Deslocamento na posição do equilíbrio provocada pela 
adição de um dos reagentes ou produtos 
Lei da ação das massas 
 Equilíbrio químico: estado dinâmico no qual as 
velocidades das reações direta e inversa são idênticas. 
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EQUILÍBRIO QUÍMICO 
Expressão da constante de equilíbrio químico 
wW + xX ⇆ yY + zZ 
 
V1 = k1 x [W]
w x [X]x V1 = V2 
 
V2 = k2 x [Y]
y x [Z]z 
xw
zy
XW
ZY
k
k
K
2
1
• Obs: produtos sempre no numerador e reagentes no 
denominador. 
Forma aproximada da 
constante de equilíbrio 
termodinâmica 
Química Analítica Ambiental 
EQUILÍBRIO QUÍMICO 
Expressão da constante de equilíbrio químico 
• K é a constante de equilíbrio da reação. 
• [W], [X], [Y], [Z] concentração molar ou pressão parcial 
(atm) 
• Se W, X, Y ou Z for um sólido ou um líquido puro, as 
concentrações destas espécies não serão incluídas na equação. 
wW + xX ⇆ yY + zZ 
xw
zy
XW
ZY
K
Forma aproximada da 
constante de equilíbrio 
termodinâmica 
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EQUILÍBRIO QUÍMICO 
Efeitos dos eletrólitos sobre os equilíbrios 
 Por que o conceito de atividade é importante? 
 
 Porque em equilíbrios iônicos, a atividade de uma 
espécie química e sua respectiva concentração podem ser 
significativamente diferentes. 
 
 * Os equilíbrios também podem ser afetados por 
eletrólitos presentes na solução, mesmo que não estejam 
participando efetivamente da reação. 
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EQUILÍBRIO QUÍMICO 
Força iônica do meio reacional 
 Em uma faixa de concentração considerável do 
eletrólito, o efeitodo eletrólito depende apenas de um 
parâmetro de concentração chamado FORÇA IÔNICA , 
 ou I: quantidade e tipo de espécies iônicas em solução. 
I =1/2 ([A]ZA
2 + [B]ZB
2 + [C]ZC
2 .....) 
[A], [B], [C] concentração molar dos íons em solução 
Za, Zb, Zc carga dos íons 
 Para soluções com I 0,1 O efeito do eletrólito 
não depende do tipo dos íons, depende de . 
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EQUILÍBRIO QUÍMICO 
Exercícios 
 1. Calcule a força iônica µ de: 
 
 a) uma solução de KNO3 0,1 mol L
-1 
 
 b) uma solução de Na2SO4 0,1 mol L
-1 
 
 c) compare a força iônica e a concentração molar 
 
I =1/2 ([A]ZA
2 + [B]ZB
2 + [C]ZC
2 .....) 
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EQUILÍBRIO QUÍMICO 
Exercícios 
 2. Qual é a força iônica µ de uma solução 0,05 mol L-1 em 
KNO3 e 0,1 mol L
-1 Na2 SO4 ? 
 Compare a força iônica e a concentração molar. 
 
 I =1/2 ([A]ZA
2 + [B]ZB
2 + [C]ZC
2 .....) 
Química Analítica Ambiental 
• é uma medida de quanto a espécie influencia o equilíbrio do qual 
participa: 
 Soluções diluídas I é mínima =1 aX =[X] 
 A I moderada (I < 0,1) < 1 
 A altos I (I > 0,1) pode ser maior que 1. Interpretação do comportamento 
da solução é mais difícil. 
• Em soluções não muito concentradas: 
 independe do TIPO do eletrólito 
 depende apenas de I 
• 1, para molécula não carregada (independentemente da força iônica); 
• Para uma determinada I de íons de mesma carga são aproximadamente 
iguais, pequenas variações são atribuídas ao tamanho do íon hidratado. 
• de um determinado íon descreve seu comportamento em todos os 
equilíbrios em que ele participa. 
Propriedades do coeficiente de atividade ( ) 
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Atividade, coeficiente de atividade e concentração 
a) À medida que: 
 I zero 
 1 
 aX [X] 
 
b) Para uma determinada 
 , o coeficiente de 
atividade se distancia cada 
vez mais da unidade à 
medida que a carga da 
espécie iônica aumenta. 
 
c) I 
O efeito da força iônica I sobre os 
coeficientes de atividade 
Química Analítica Ambiental 
Atividade, coeficiente de atividade e concentração 
 O coeficiente de atividade para uma molécula não 
carregada é aproximadamente unitário, independente da 
força iônica. 
 
 Em uma dada força iônica, os coeficientes de atividade 
dos íons de mesma carga são aproximadamente iguais . 
As pequenas variações que existem tem relação com o 
diâmetro efetivo dos íons hidratados. 
 Exemplo: íons sódio e íons potássio. 
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Atividade, coeficiente de atividade e concentração 
 O coeficiente de atividade de uma dada espécie 
descreve o comportamento efetivo da espécie em 
todos os equilíbrios em que ela participa. Por 
exemplo, em uma dada força iônica, o coeficiente 
de atividade do cianeto (CN-) descreve dessa 
espécie em qualquer um dos equilíbrios: 
 
HCN + H2O ↔ H3O
+ + CN- 
Ag+ + CN- ↔ AgCN(s) 
Ni2+ + 4CN- ↔ Ni(CN)4
2- 
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Teoria de Debye-Hückel 
Em 1923, Peter Debye e Erich Hückel elaboraram a teoria que constitui a 
base para o tratamento moderno das soluções de eletrólitos fortes, 
segundo essa teoria, nessas soluções só existe íons. Os desvios 
observados nessas soluções são devidos as atrações interiônicas, isto é, 
por causa das atrações eletrostáticas entre os íons carregados, cada íon 
positivo fica circundado por vários íons negativos e vice-versa. 
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Equação de Debye-Hückel 
20,51
log
1 3,3
X
X
X
Z
X = coeficiente de atividade da espécie X; 
ZX = carga da espécie X; 
I = força iônica da solução; 
X = diâmetro efetivo do íon X hidratado em nanômetros (10
-9 m) 
0,51 e 0,33 constantes (para soluções aquosas a 25 0C) 
 para I 0,1 mol L-1 
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Íon 
Coeficiente de atividade a indicadas 
X, nm 0,001 0,005 0,01 0,05 0,1 
H3O
+ 0,9 0,967 0,933 0,914 0,86 0,83 
Li+, C5H5COO
- 0,6 0,965 0,929 0,907 0,84 0,80 
Na+,IO3
-,HSO3
- , HCO3
-, H2PO4
-, H2AsO4
-, OAc-, 0,4-0,45 0,964 0,928 0,902 0,82 0,78 
OH-, F-, SCN-, HS-, ClO3
-, ClO4
-, BrO3
-, IO4
-, MnO4
- 0,35 0,964 0,926 0,900 0,81 0,76 
K+, Cl-, Br-, I-, CN-, NO2
-, NO3
-, HCOO- 0,3 0,964 0,925 0,899 0,80 0,76 
Rb+, Cs+, Tl+, Ag+, NH4
+ 0,25 0,964 0,924 0,898 0,80 0,75 
Mg2+, Be2+ 0,8 0,872 0,755 0,69 0,52 0,45 
Ca2+, Cu2+, Zn2+, Sn2+, Mn2+, Fe2+, Ni2+, Co2+, ftalato2- 0,6 0,870 0,749 0,675 0,48 0,40 
Sr2+, Ba2+, Cd2+, Hg2+, S2- 0,5 0,868 0,744 0,67 0,46 0,38 
Pb2+, CO3
2-, SO3
2-, C2O4
2- 0,45 0,868 0,742 0,665 0,46 0,37 
Hg2
2+, SO4
2-, S2O3
2-, CrO4
2-, HPO4
2- 0,40 0,867 0,740 0,660 0,44 0,36 
Al3+, Fe3+, Cr3+, La3+, Ce3+ 0,9 0,738 0,54 0,44 0,24 0,18 
PO4
3-, Fe(CN)6
3- 0,4 0,725 0,50 0,40 0,16 0,095 
Th4+, Zr4+, Ce4+, Sn4+ 1,1 0,588 0,35 0,255 0,10 0,065 
Fe(CN)6
4-, 0,5 0,57 0,31 0,20 0,048 0,021 
Atividade e coeficientes de atividade para íons a 250 C 
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DAVIES 
10001031
ln
2
10
2 ICAz
IBx
IA ii
DAVIES MODIFICADA 
1000
)2,0)1017,4((
)103(1
ln
215
10
2 IAzIx
IBx
IAz ii
i
PITZER 
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2
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v
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v
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ZCBm
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Fzz
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IB
BIB
I
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1ln
2
1
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