disciplina química das soluções qui084 i semestre 2017 aula …³lise-de-sais-201… · 3 k k k...
TRANSCRIPT
![Page 1: Disciplina Química das Soluções QUI084 I semestre 2017 AULA …³lise-de-Sais-201… · 3 K K K [H O ] 3 a a [H O ] K K Ex . Calcule o pH de uma solução 0,1000 mol L-1 de Acetato](https://reader033.vdocuments.co/reader033/viewer/2022053108/6079ac9fdaa2577c1767ee9f/html5/thumbnails/1.jpg)
Universidade Federal de Juiz de Fora
Instituto de Ciências Exatas
Departamento de Química
Disciplina
Química das Soluções QUI084
I semestre 2017
AULA 03
Equilíbrio Ácido-base Hidrólise de Sais
Profa. Maria Auxiliadora Costa Matos Downloads aulas: http://www.ufjf.br/nupis/
Download aulas: http://www.ufjf.br/nupis/
![Page 2: Disciplina Química das Soluções QUI084 I semestre 2017 AULA …³lise-de-Sais-201… · 3 K K K [H O ] 3 a a [H O ] K K Ex . Calcule o pH de uma solução 0,1000 mol L-1 de Acetato](https://reader033.vdocuments.co/reader033/viewer/2022053108/6079ac9fdaa2577c1767ee9f/html5/thumbnails/2.jpg)
Bibliografia 1 – Theodore L. Brown, H. Eugene Lemay e Bruce E. Bursten,
Química: A ciência central, 9a edição, Editora Pearson Prentice Hall,
2005.
2 – Arthur Israel Vogel, Química Analítica Qualitativa, Mestre Jou,
5a edição, 1981.
3 – Daniel C. Harris, Análise Química Quantitativa, Editora LTC, 5a
edição, 2001.
4 - Skoog, D. A, West, D. M., Holler, F. J., Crouch, S. R. Fundamentos
de Química Analítica, Editora Thomson, tradução da 8ª edição, 2006.
![Page 3: Disciplina Química das Soluções QUI084 I semestre 2017 AULA …³lise-de-Sais-201… · 3 K K K [H O ] 3 a a [H O ] K K Ex . Calcule o pH de uma solução 0,1000 mol L-1 de Acetato](https://reader033.vdocuments.co/reader033/viewer/2022053108/6079ac9fdaa2577c1767ee9f/html5/thumbnails/3.jpg)
Hidrólise de Sais
Os sais são considerados eletrólitos fortes. Consequentemente, os sais
existem inteiramente como íons em solução.
Quando se dissolve sais em água, nem sempre a solução obtida é neutra.
As propriedades ácido-base de sais são uma consequência da reação de seus
íons com a água, produzindo íons H3O+ ou OH- na solução aquosa. Esta reação
é chamada de hidrólise - Comportamento ácido ou de base de BRÖNSTED.
A força ácida ou força básica é definida pelos valores das constantes de
hidrólise (Kh) calculados a partir, Ka e Kw ou Kb e Kw dos pares ácido-
base conjugados dos equilíbrios de dissociação.
Os ânions de ácidos fracos
apresentam Caráter Básico
Os cátions de bases fracas
apresentam Caráter Ácido
![Page 4: Disciplina Química das Soluções QUI084 I semestre 2017 AULA …³lise-de-Sais-201… · 3 K K K [H O ] 3 a a [H O ] K K Ex . Calcule o pH de uma solução 0,1000 mol L-1 de Acetato](https://reader033.vdocuments.co/reader033/viewer/2022053108/6079ac9fdaa2577c1767ee9f/html5/thumbnails/4.jpg)
Hidrólise de Sais
Neste contexto, há quatro casos de soluções de sais que
podemos considerar:
1) Sais derivados de ácido forte e base forte, Ex. NaCl
2) Sais derivados de ácido fraco e base forte, Ex. CH3COONa
3) Sais derivados de ácido forte e base fraca, Ex. NH4Cl
4) Sais derivados de ácido fraco e base fraca, Ex. CH3COONH4
![Page 5: Disciplina Química das Soluções QUI084 I semestre 2017 AULA …³lise-de-Sais-201… · 3 K K K [H O ] 3 a a [H O ] K K Ex . Calcule o pH de uma solução 0,1000 mol L-1 de Acetato](https://reader033.vdocuments.co/reader033/viewer/2022053108/6079ac9fdaa2577c1767ee9f/html5/thumbnails/5.jpg)
1. Sais derivados de ácidos fortes e bases
fortes
Os cátions e os ânions destes tipos de sais não apresentam
capacidade de reação com a água quando são dissolvidos. Estes íons
não exibem caráter ácido ou básico.
O equilíbrio da água não é afetado pelos íons em solução:
A concentração dos íons hidrônio e hidroxila no equilíbrio são iguais:
[H3O+ ] = [OH-] pH = 7,00
2 H2O (l) H3O+
(aq) + OH-(aq)
OHOHKw3
H2O (l) H+
(aq) + OH-(aq)
OHHKw
![Page 6: Disciplina Química das Soluções QUI084 I semestre 2017 AULA …³lise-de-Sais-201… · 3 K K K [H O ] 3 a a [H O ] K K Ex . Calcule o pH de uma solução 0,1000 mol L-1 de Acetato](https://reader033.vdocuments.co/reader033/viewer/2022053108/6079ac9fdaa2577c1767ee9f/html5/thumbnails/6.jpg)
a
w
h
K
KK
2. Sais derivados de ácidos fracos e bases
fortes
As soluções aquosas dos sais derivados de ácidos fracos e bases
forte são alcalinas. O ânion reage com a água para formar o ácido
fraco de origem. Neste caso, o ânion exibe caráter básico fraco e o
cátion tem caráter neutro.
Sendo X- a base fraca conjugada do ácido fraco HX.
O valor de Kh é dado pela relação:
Resolução Exercício 1)
X-(a q ) + H 2O ( l) H X (a q ) + O H
-(a q )
X
OHHXK
h
pH da solução 7
A constante de hidrólise
(Kh X -) do ânion X-,
também denominada
constante de dissociação
básica do ânion Kb X - )
![Page 7: Disciplina Química das Soluções QUI084 I semestre 2017 AULA …³lise-de-Sais-201… · 3 K K K [H O ] 3 a a [H O ] K K Ex . Calcule o pH de uma solução 0,1000 mol L-1 de Acetato](https://reader033.vdocuments.co/reader033/viewer/2022053108/6079ac9fdaa2577c1767ee9f/html5/thumbnails/7.jpg)
Kb
KwKh
4
33
NH
OHNHKhN H 4
+(a q ) + H 2O ( l) N H 3 (a q ) + H 3O
+(a q )
3. Sais derivados de ácidos fortes e bases
fracas
As soluções aquosas dos sais derivados de ácidos fortes e bases fracas são
ácidas. O cátion reage com a água para formar a base fraca origem. Neste
caso, o cátion exibe caráter ácido fraco e o ânion tem caráter neutro.
Os cátions poliatômicos com prótons ionizáveis podem ser considerados
ácidos conjugados de bases fracas. Alguns íons metálicos, com exceção dos
metais alcalinos e dos metais alcalinos terrosos, também apresentam
comportamento de ácido fraco.
Sendo NH4+ o ácido fraco conjugado da base fraca NH3.
O valor de Kh é dado pela relação:
Resolução Exercício 2)
pH da solução 7
A constante de hidrólise
(Kh B+) do cátion B+,
também denominada
constante de dissociação
ácida do cátion Ka B+
![Page 8: Disciplina Química das Soluções QUI084 I semestre 2017 AULA …³lise-de-Sais-201… · 3 K K K [H O ] 3 a a [H O ] K K Ex . Calcule o pH de uma solução 0,1000 mol L-1 de Acetato](https://reader033.vdocuments.co/reader033/viewer/2022053108/6079ac9fdaa2577c1767ee9f/html5/thumbnails/8.jpg)
4. Sais derivados de ácidos fracos e bases
fracas Sais de Ácidos fracos e bases fracas são espécies anfipróticas. Quando
dissolvidos em agua ocorre um processo de hidrólise complexo.
A hidrólise do cátion produz uma base fraca e a hidrólise do ânion produz
um ácido fraco.
Os íons H+ e OH- formados recombinam-se parcialmente.
X
-(a q ) + H 2O ( l) H X (a q ) + O H
-(a q )
B + ( a q )
+
H 2
O ( l )
BOH ( a q )
+
H
+
( a q )
+
B
H BOH K h
X
OH HX Kh
Resolução Exercício 3)
![Page 9: Disciplina Química das Soluções QUI084 I semestre 2017 AULA …³lise-de-Sais-201… · 3 K K K [H O ] 3 a a [H O ] K K Ex . Calcule o pH de uma solução 0,1000 mol L-1 de Acetato](https://reader033.vdocuments.co/reader033/viewer/2022053108/6079ac9fdaa2577c1767ee9f/html5/thumbnails/9.jpg)
Três situações podem ser observadas em solução. Considerando o sal
hipotético derivado de ácido fraco e base fraca, representado por BA,
teremos:
A constante de hidrólise (Kh B+) do cátion B+ (também denominada
constante de dissociação ácida do cátion Ka B+ )
A constante de hidrólise (Kh A-) do ânion A_ (também denominada
constante de dissociação básica do ânion Kb A- )
Se Kh B+ (Ka ) K h A- (Kb) teremos [H+] [OH-] e a solução é ácida.
Se Kh B+ (Ka ) K h A- (Kb) teremos [H+] [OH-] e a solução é básica.
Se Kh B+ (Ka ) = K h A- (Kb) teremos [H+] = [OH-] e a solução é neutra.
![Page 10: Disciplina Química das Soluções QUI084 I semestre 2017 AULA …³lise-de-Sais-201… · 3 K K K [H O ] 3 a a [H O ] K K Ex . Calcule o pH de uma solução 0,1000 mol L-1 de Acetato](https://reader033.vdocuments.co/reader033/viewer/2022053108/6079ac9fdaa2577c1767ee9f/html5/thumbnails/10.jpg)
Constante de hidrólise de sais derivados de ácidos fracos e
bases fracas
Considerando o sal hipotético representado por BA (derivado do ácido fraco HA e base fraca
BOH)
BA (aq) B+ (aq) + A-(aq)
“hidrolise” “hidrolise”
Hidrólise do cátion: B+ (aq) + H2O (l) BOH (aq) + H + (aq) (Ka B+)
Hidrólise do anion: A- (aq) + H2O (l) HA (aq) + OH- (aq) (Kb A-)
Hidrólise: B+ (aq) + A- (aq) + H2O (l) BOH (aq) + HA (aq) Kh
Kh = [BOH]●[ HA]
[B+]●[A-]
=
[H+]●[ OH-] Kh = ● = [BOH]●[ H+]
[B+]
KaB+●KbA
- [HA]●[ OH-]
[A-]
●
[BOH]●[ HA]
[B+]●[A-]
Kh KW Ka B+●Kb A
- = Kh● KW
Considerando
Ka B = Kb A-, Podemos somar aas equações químicas!
![Page 11: Disciplina Química das Soluções QUI084 I semestre 2017 AULA …³lise-de-Sais-201… · 3 K K K [H O ] 3 a a [H O ] K K Ex . Calcule o pH de uma solução 0,1000 mol L-1 de Acetato](https://reader033.vdocuments.co/reader033/viewer/2022053108/6079ac9fdaa2577c1767ee9f/html5/thumbnails/11.jpg)
KaB+●KbA
-= Kh● KW
= Kh● KW KW
Kb BOH
KW
Ka HA
●
= Kh● KW KW
2
Kb BOH ● Ka HA
= Kh● KW KW
2
Kb ● Ka
= Kh KW
Kb ● Ka
O valor da constante de hidrólise independe da concentração dos íons.
Kb da base fraca que
dá origem ao cátion.
Ka do ácido fraco que dá
origem ao ânion.
O valor de KaB+ é determinado a partir da relação entre
Kw e Kb da base fraca que dá origem ao cátion.
O valor de KbA- é determinado a partir da relação entre
Kw e Ka do ácido fraco que dá origem ao ânion.
Kh é determinada através da relação
entre Kw , a constante de dissociação
ácida do ácido fraco (Ka ) e constantes
de dissociação básica da base fraca
(Kab ) que dão origem ao sal.
![Page 12: Disciplina Química das Soluções QUI084 I semestre 2017 AULA …³lise-de-Sais-201… · 3 K K K [H O ] 3 a a [H O ] K K Ex . Calcule o pH de uma solução 0,1000 mol L-1 de Acetato](https://reader033.vdocuments.co/reader033/viewer/2022053108/6079ac9fdaa2577c1767ee9f/html5/thumbnails/12.jpg)
Cálculo do pH de soluções de sais de ácidos fracos e bases fracas
Considerando o sal BA (originado do ácido fraco HA e da base fraca BOH) com concentração
analítica Ca s
BA (aq) B+ (aq) + A-(aq)
hidrólise hidrólise
Hidrólise do cátion: B+ (aq) + H2O (l) BOH (aq) + H + (aq) Kh B+ (Ka B+)
Início Cs
Equilíbrio Cs - x x x
Hidrólise do ânion: A- (aq) + H2O (l) HA (aq) + OH- (aq) Kh A- (Kb A-)
Início Cs
Equilíbrio Cs - x x x
Hidrólise: B+ (aq) + A- (aq) + H2O (l) BOH (aq) + HA (aq) Kh
Kh =
[BOH]●[ HA]
[B+]●[A-]
No equilíbrio:
[BOH] = [ HA] = x
[B+] = [A-] = Cs – x Cs
![Page 13: Disciplina Química das Soluções QUI084 I semestre 2017 AULA …³lise-de-Sais-201… · 3 K K K [H O ] 3 a a [H O ] K K Ex . Calcule o pH de uma solução 0,1000 mol L-1 de Acetato](https://reader033.vdocuments.co/reader033/viewer/2022053108/6079ac9fdaa2577c1767ee9f/html5/thumbnails/13.jpg)
●Cas 2
[HA]2
Cas2
=
Kh =
[BOH]●[ HA]
[B+]●[A-]
= Kh KW
Kb ● Ka
[BOH]●[ HA]
[B+]●[A-]
= Kw
Ka● Kb
[BOH]●[ HA]
Cas●Cas
= Kw
Ka● Kb
Kw
Ka● Kb [HA]2 =
b
aW
3
K
KK]O[H
aa3 KK]O[H
Ex . Calcule o pH de uma solução
0,1000 mol L-1 de Acetato de
Amônia. Dados os valores de Ka
CH3COOH = 1,75 x 10-5 e Kb NH3 =
1,78 x 10-5.
Substituindo na
expressão de Kh
O pH depende das constantes de dissociação da base
fraca e do ácido fraco que dão origem ao sal.
O pH independe da concentração do sal.
![Page 14: Disciplina Química das Soluções QUI084 I semestre 2017 AULA …³lise-de-Sais-201… · 3 K K K [H O ] 3 a a [H O ] K K Ex . Calcule o pH de uma solução 0,1000 mol L-1 de Acetato](https://reader033.vdocuments.co/reader033/viewer/2022053108/6079ac9fdaa2577c1767ee9f/html5/thumbnails/14.jpg)
Sais derivados de ácidos polipróticos
Os ácidos polipróticos dão origem a dois ou mais ânions:
Ácido diprótico H2A: HA- e A2-
Ácido triprótico H3A: H2A-, HA2- e A3-
Considerando os sais derivados do ácido diprótico
hipotético H2A
![Page 15: Disciplina Química das Soluções QUI084 I semestre 2017 AULA …³lise-de-Sais-201… · 3 K K K [H O ] 3 a a [H O ] K K Ex . Calcule o pH de uma solução 0,1000 mol L-1 de Acetato](https://reader033.vdocuments.co/reader033/viewer/2022053108/6079ac9fdaa2577c1767ee9f/html5/thumbnails/15.jpg)
1 Caso: Cálculo do pH da solução do sal hipotético Na2A, concentração
Ca mol/L, derivado do ácido poliprótico H2A e base forte.
Os ânions dos sais de ácidos polipróticos apresentam comportamento
de base fraca, pois são bases conjugadas de Bronsted & Lowry.
Na2A (aq) 2Na+ (aq) + A2-
(aq)
1ª Hidrólise
do ânion: A2- (aq) + H2O (l) HA- (aq) + OH- (aq) Kh A
2- (Kb1)
2ª Hidrólise
do ânion: HA- (aq) + H2O (l) H2A (aq) + OH- (aq) Kh HA- (Kb2)
Exemplo: Calcular o pH e o grau de hidrólise da solução de carbonato
de sódio 0,200 mol/L.
![Page 16: Disciplina Química das Soluções QUI084 I semestre 2017 AULA …³lise-de-Sais-201… · 3 K K K [H O ] 3 a a [H O ] K K Ex . Calcule o pH de uma solução 0,1000 mol L-1 de Acetato](https://reader033.vdocuments.co/reader033/viewer/2022053108/6079ac9fdaa2577c1767ee9f/html5/thumbnails/16.jpg)
Cálculo do pH da solução do sal hipotético Na2A concentração Ca mol/L derivado do
ácido poliprótico H2A e base forte.
1ª Hidrólise do ânion: Concentração A2- = Ca
A2- (aq) + H2O (l) HA- (aq) + OH- (aq) Kh1 = Kb1
Início Ca - - - Equilíbrio Ca - x - x x
2ª Hidrólise do ânion: Concentração HA- = Ca (Ca é iguala ao valor de X obtido na 1ª hidrólise)
HA- (aq) + H2O (l) H2A (aq) + OH- (aq) Kh2 = Kb2
Início Ca - - - Equilíbrio (Ca - y) - y (X + y)
[OH-] total = [OH-] 1ª hidrólise + [OH-] 2ª hidrólise
No equilíbrio:
[OH-] = [H2A] = y
[HA-] = Ca - y
Kb2 = [H2A]●[ OH -]
[HA-]
=
y● x
Ca - y
a)Se Ca /Kb2 102 [HA-] Ca
b) Se Ca/Kb2 102 y2 + Ka2y - Ka2 Ca HA- = 0
No equilíbrio:
[OH-] = [HA¯] = x
[A2-] = Ca - x
Kb1 = [HA¯]●[ OH -]
[A2-]
=
x ● x
Ca - x
a)Se Ca /Kb1 102 [A2-] Ca
b) Se Ca/Kb1 102 x2 + Ka1 x - Ka1 Ca H2A = 0
[OH-] = xCaKb 1 Kb1 = X2
Ca
![Page 17: Disciplina Química das Soluções QUI084 I semestre 2017 AULA …³lise-de-Sais-201… · 3 K K K [H O ] 3 a a [H O ] K K Ex . Calcule o pH de uma solução 0,1000 mol L-1 de Acetato](https://reader033.vdocuments.co/reader033/viewer/2022053108/6079ac9fdaa2577c1767ee9f/html5/thumbnails/17.jpg)
2 Caso: Cálculo do pH da solução do sal hipotético NaHA concentração
Ca mol/L derivado do ácido poliprótico H2A e base forte.
NaHA (aq) Na+ (aq) + HA-
(aq)
Sais de espécies intermediárias de ácidos polipróticos são espécies
anfipróticas, pois apresentam comportamento de ácido fraco ou base
fraca de Bronsted & Lowry.
O ânion hipotético HA- é um composto intermediário da dissociação do
ácido poliprótico e fraco H2A ou da hidrólise da base conjugada e fraca
A-2.
Exemplo: Calcular o pH e o grau de hidrólise da solução de NaHCO3
0,200 mol/L.
![Page 18: Disciplina Química das Soluções QUI084 I semestre 2017 AULA …³lise-de-Sais-201… · 3 K K K [H O ] 3 a a [H O ] K K Ex . Calcule o pH de uma solução 0,1000 mol L-1 de Acetato](https://reader033.vdocuments.co/reader033/viewer/2022053108/6079ac9fdaa2577c1767ee9f/html5/thumbnails/18.jpg)
Cálculo do pH da solução do sal hipotético NaHA, concentração Ca mol/L, derivado
do ácido poliprótico H2A e base forte.
HA¯(aq) + H2O(l) H3O
+ (aq) + A2 (aq) Ka2 ( 2a dissociação)
HA¯(aq) + H2O(l) H2A (aq) + OH(aq) Kh ( hidrólise)
Em solução uma fração do ânion pode dissociar (Ka2) formando A2 e H3O+. Parte do H3O
+
formado poderá se associar ao ânion HA¯ formando o ácido poliprótico H2A .
Considerando a dissociação, no equilíbrio:
Se parte do H3O+ formado se associar a HA¯:
2 3
Ka2 = [A2¯]●[H3O
+]
[HA¯]
[A2¯] = Ka2 ● [HA¯]
[H3O +]
Ka1 = [HA¯]●[H3O
+]
[H2A]
[H2A] = [H3O
+]●[HA¯]
Ka1
2 3 1
[A2¯] = [H3O +]
1 [A2¯] = [H3O +] + [H2A]
( gerado pela associação do H30+ a HA-)
Substituindo e em :
![Page 19: Disciplina Química das Soluções QUI084 I semestre 2017 AULA …³lise-de-Sais-201… · 3 K K K [H O ] 3 a a [H O ] K K Ex . Calcule o pH de uma solução 0,1000 mol L-1 de Acetato](https://reader033.vdocuments.co/reader033/viewer/2022053108/6079ac9fdaa2577c1767ee9f/html5/thumbnails/19.jpg)
pH = 1/2pKa1 + 1/2pKa2
Se Ka1 Ca HA¯
[H3O +]2 =
Ka1 ●Ka2●[ HA¯]
Ka1 + [HA¯]
Ka2● [HA¯]
[H3O +]
= [H3 O +] +
[H3O +]●[HA¯]
Ka1
a21aK K
[H3O
+] =
[H3O +]2 =
Ka1 ●Ka2●[ HA¯]
Ka1 + [HA¯]
[H3O +]2 =
Ka1 ●Ka2●[ HA¯]
[HA¯]
= Ka1 ●Ka2
Aplicando a função “p = -log ”:
![Page 20: Disciplina Química das Soluções QUI084 I semestre 2017 AULA …³lise-de-Sais-201… · 3 K K K [H O ] 3 a a [H O ] K K Ex . Calcule o pH de uma solução 0,1000 mol L-1 de Acetato](https://reader033.vdocuments.co/reader033/viewer/2022053108/6079ac9fdaa2577c1767ee9f/html5/thumbnails/20.jpg)
Sais de espécies intermediárias de ácidos polipróticos
Exemplo: pH de solução NaHCO3 0,200 mol/L
O ânion HCO3- é um composto intermediário da dissociação do ácido fraco H2CO3 ou da
hidrólise da base fraca CO3-2.
][HCOK
][HCOK K][H3O
3a1
3a2a1
a2a1K K][H3O
Se Ka1 [HCO3-]
212/12/1pH
aapKpK
Os cálculos de pH para soluções de espécies anfipróticas são realizados com
algumas simplificações.
![Page 21: Disciplina Química das Soluções QUI084 I semestre 2017 AULA …³lise-de-Sais-201… · 3 K K K [H O ] 3 a a [H O ] K K Ex . Calcule o pH de uma solução 0,1000 mol L-1 de Acetato](https://reader033.vdocuments.co/reader033/viewer/2022053108/6079ac9fdaa2577c1767ee9f/html5/thumbnails/21.jpg)
Exercícios
1) Calcular o pH e o grau de hidrólise da solução de acetato de sódio 0,100
mol/L.
2) Calcular o pH e o grau de hidrólise da solução de cloreto de amônio 0,100
mol/L.
3) Calcular o pH da solução de acetato amônio 0,100 mol/L
4) Calcular o pH e as concentrações no equilíbrio para as soluções: 0,100
mol/L de H2CO3, 0,100 mol/L de NaHCO3, Na2CO3