Equilíbrio Ácido-BaseEquilíbrio Ácido-Base

Bruno Biscaia de Góes, 15719Bruno Biscaia de Góes, 15719

Thaís Bosquê Hidalgo Ribeiro, 15746Thaís Bosquê Hidalgo Ribeiro, 15746

Prof. Dr. Élcio Rogério BarrakProf. Dr. Élcio Rogério Barrak

UNIFEIUNIFEIUniversidade Federal de ItajubáUniversidade Federal de Itajubá

Engenharia de Produção MecânicaEngenharia de Produção Mecânica

Tópicos AbordadosTópicos Abordados

Conceitos de ácido e base de Conceitos de ácido e base de Arrhenius, deArrhenius, de BrBrönstead-Lowry e de Lewisönstead-Lowry e de Lewis

Auto-Auto-ionizaçãoionização da da águaágua EscalasEscalas de pH de pH

IndicadoresIndicadores ácido-base ácido-base

Ácidos e bases: fortes e fracosÁcidos e bases: fortes e fracos

Caráter anfótero das substâncias Caráter anfótero das substâncias

A importância da A importância da apresentaçãoapresentação

Compreender os conceitos de ácido e de base Compreender os conceitos de ácido e de base de acordo com três teorias distintas, tendo de acordo com três teorias distintas, tendo em vista que essas substâncias se fazem em vista que essas substâncias se fazem fortemente presentes no cotidiano, bem fortemente presentes no cotidiano, bem como o conceito de pH, decorrente dos como o conceito de pH, decorrente dos

conceitos citadosconceitos citados

Ácidos e Bases: uma breve Ácidos e Bases: uma breve revisãorevisão

Ácidos e bases de ArrheniusÁcidos e bases de Arrhenius

Ácidos: Ácidos: Substâncias que produzem íons HSubstâncias que produzem íons H+ + em meio em meio aquoso.aquoso.

HCl HCl H H++ + Cl + Cl--

Bases:Bases:Substâncias que produzem íons OHSubstâncias que produzem íons OH-- em meio em meio aquosoaquoso. .

NaOH NaOH Na Na++ + OH + OH--

HH22OO

HH22OO

Ácidos e Bases de Brönsted-Ácidos e Bases de Brönsted-LowryLowry

O íon HO íon H++ em água em água

• Um íon HUm íon H++ pode ser considerado simplesmente um pode ser considerado simplesmente um prótonpróton

• Reações ácido-base envolvem transferência de Reações ácido-base envolvem transferência de íons Híons H++ de uma espécie química para outrade uma espécie química para outra

HCl HCl (g)(g) + H + H22O O (l)(l) H H33OO++(aq)(aq) + Cl + Cl--

(aq)(aq)

• Ácido de BrÁcido de Bröönsted-Lowry: espécie que pode nsted-Lowry: espécie que pode ceder um ceder um prótonpróton• Base de BrBase de Bröönsted-Lowry: espécie que pode nsted-Lowry: espécie que pode receber um receber um próton cedido por outrapróton cedido por outra

Reações de transferência de prótonReações de transferência de próton

Espécie anfóteraEspécie anfótera:: substância ou íon capaz de substância ou íon capaz de agir agir como ácido ou como basecomo ácido ou como base

Pares ácido-base conjugadosPares ácido-base conjugados

Base conjugadaBase conjugada: Formada pela remoção de um : Formada pela remoção de um próton de seu ácido conjugado.próton de seu ácido conjugado.

Ácido conjugadoÁcido conjugado: Formado pela adição de um : Formado pela adição de um próton à sua base conjugada.próton à sua base conjugada.

NHNH33 + H + H22O O NH NH44++ + OH + OH--

Remover HRemover H++

Adicionar Adicionar HH++

Base Ácido

Ácido conjugado

Base conjugada

Na práticaNa prática

Exercício resolvidoExercício resolvido

O íon sulfito, HSOO íon sulfito, HSO33--, é anfótero. , é anfótero.

(a)(a) Escreva a equação entre HSOEscreva a equação entre HSO33- - e a água, na e a água, na

qual o íon qual o íon age como ácido. age como ácido.

(b) Escreva a equação da reação entre HSO(b) Escreva a equação da reação entre HSO33-- e a e a

água, na água, na qual o íon atua como base.qual o íon atua como base.

(a) HSO(a) HSO33- -

(aq)(aq) + H + H22O O (l)(l) ↔ SO↔ SO332-2- (aq)(aq) + H + H33OO++ (aq)(aq)

BaseÁcido Ácido conjugadoBase conjugada

(b) HSO(b) HSO33- -

(aq)(aq) + H + H22O O (l) (l) ↔ H↔ H22SOSO33 (aq)(aq) + OH + OH- - (aq)(aq)

ÁcidoBase Base conjugadaÁcido conjugado

Forças relativas de ácidos e basesForças relativas de ácidos e bases

• Quanto mais forte o ácido, mais fraca é sua Quanto mais forte o ácido, mais fraca é sua base base conjugada.conjugada.

• Quanto mais forte a base, mais fraco é seu Quanto mais forte a base, mais fraco é seu ácido ácido conjugado.conjugado.

Em toda reação ácido-base, a posição de Em toda reação ácido-base, a posição de equilíbrio favorece a transferência do próton e equilíbrio favorece a transferência do próton e sempre do ácido mais forte para a base mais sempre do ácido mais forte para a base mais

forte.forte.

Na práticaNa prática

Exercício ResolvidoExercício Resolvido

Determinar se na seguinte reação de transferência Determinar se na seguinte reação de transferência de próton o equilíbrio está mais deslocado para a de próton o equilíbrio está mais deslocado para a direita ou para a esquerda.direita ou para a esquerda.

HSO4-

(aq) + CO32- (aq) ↔ SO4

2- (aq) + HCO3- (aq)

Como o HSOComo o HSO44- - é ácido mais forte que o HCOé ácido mais forte que o HCO33

--, pela , pela regra enunciada anteriormente o equilíbrio está regra enunciada anteriormente o equilíbrio está deslocado para a direita.deslocado para a direita.

Auto-ionização da águaAuto-ionização da água

O processo pode ser representado pela O processo pode ser representado pela equação simplificada: equação simplificada:

HH22O O (l)(l) ↔ H↔ H++ (aq)(aq) + OH + OH-- (aq)(aq)

O produto iônico da águaO produto iônico da água

Keq = [H+][OH-]

Kw = [H+][OH-] = 1,0 10-14 (a 25ºC)

A escala de pHA escala de pH

• Indica o grau de acidez, neutralidade ou Indica o grau de acidez, neutralidade ou alcalinidade alcalinidade de um meio qualquer.de um meio qualquer.

pH = -log [HpH = -log [H++]]pOH = -log [OHpOH = -log [OH--]]

pH + pOH = 14 (a 25°C)pH + pOH = 14 (a 25°C)

Observação: A regra para usar os algarismos Observação: A regra para usar os algarismos significativos com logaritmo é de que o número de significativos com logaritmo é de que o número de casas decimais nos logaritmos deve ser igual ao casas decimais nos logaritmos deve ser igual ao número de algarismos significativos no número número de algarismos significativos no número originaloriginal

• Relações entre [H+], [OH-] e pH a 25°C:

Solução [H+] (mol/L)

[OH-] (mol/L) pH

Ácida > 1,0 ∙ 10-7

< 1,0 ∙ 10-7 < 7,00

Neutra = 1,0 ∙ 10-7

= 1,0 ∙ 10-7 = 7,00

Básica < 1,0 ∙ 10-7

> 1,0 ∙ 10-7 > 7,00

MedindoMedindo o pH o pH

Medidor de pH digitalMedidor de pH digital

Indicadores ácido-baseIndicadores ácido-base

Exemplos: papel de tornassol, alaranjado de metila, fenolftaleína

Ácidos e bases Ácidos e bases fortesfortes

• Os ácidos e as bases fortes são eletrólitos, existindo Os ácidos e as bases fortes são eletrólitos, existindo em solução aquosa, inteiramente como íonsem solução aquosa, inteiramente como íons

• Os ácidos fortes mais comuns são: HCl, HBr, HI, Os ácidos fortes mais comuns são: HCl, HBr, HI, HNOHNO33, HClO, HClO33, HClO, HClO44 e H e H22SOSO4.4. E em uma solução E em uma solução aquosa o ácido é normalmente a única fonte aquosa o ácido é normalmente a única fonte significativa de íons Hsignificativa de íons H++

• As bases fortes, solúveis, mais comuns, são da família As bases fortes, solúveis, mais comuns, são da família dos metais alcalinos (grupo 1A) e alcalino-terrosos dos metais alcalinos (grupo 1A) e alcalino-terrosos (grupo 2A)(grupo 2A)

Ácidos fortes Ácidos fortes comunscomuns

Bases Fortes comunsBases Fortes comuns

Clorídrico, HClClorídrico, HClHidróxidos dos metais 1A (LiOH, Hidróxidos dos metais 1A (LiOH,

NaOH, KOH, RbOH, CsOH)NaOH, KOH, RbOH, CsOH)

Hidróxidos dos metais mais pesados Hidróxidos dos metais mais pesados do grupo 2A (Ca(OH)do grupo 2A (Ca(OH)22, ,

Sr(OH)Sr(OH)22,Ba(OH),Ba(OH)22))

Bromídrico, HBrBromídrico, HBrIodídrico, HIIodídrico, HI

Clórico, HClOClórico, HClO33

Perclórico, Perclórico, HClOHClO44

Nítrico, HNONítrico, HNO33

Sulfúrico, HSulfúrico, H22SOSO44

Ácidos fracosÁcidos fracos• A maioria das substâncias ácidas é ácido fraco e A maioria das substâncias ácidas é ácido fraco e ioniza-se ioniza-se parcialmente em soluções aquosas. parcialmente em soluções aquosas. • É comum utilizar-se a constante de equilíbrio da É comum utilizar-se a constante de equilíbrio da reação de reação de ionização para quantificar o grau de ionização para quantificar o grau de ionização do ácido em ionização do ácido em questãoquestão

• Para um ácido fraco genérico (HA), temos:Para um ácido fraco genérico (HA), temos:

HA HA (aq)(aq) H H+ + (aq)(aq) + A + A--

(aq)(aq)

• Então para o equilíbrio temos a constante de Então para o equilíbrio temos a constante de dissociação ácida (Kdissociação ácida (Kaa):):

KKaa = [H = [H++][A][A--]/[HA]]/[HA]

↑↑KKaa mais forte é o mais forte é o ácidoácido

No caso de compostos orgânicos, o No caso de compostos orgânicos, o comportamento ácido deve-se aos átomos de comportamento ácido deve-se aos átomos de hidrogênio ligados aos átomos de oxigêniohidrogênio ligados aos átomos de oxigênio

Exercício ResolvidoExercício Resolvido

Calcular o pH de uma solução de ácido acético Calcular o pH de uma solução de ácido acético 0,30 mol/L, a 25ºC0,30 mol/L, a 25ºC

1º passo: escrever a equação de equilíbrio da 1º passo: escrever a equação de equilíbrio da ionizaçãoionização

2º passo: escrever a expressão da constante de 2º passo: escrever a expressão da constante de equilíbrio (pela tabela, temos Kequilíbrio (pela tabela, temos Kaa = 1,8 = 1,8 10 10-5-5))

KKaa = [H = [H++] ] [C [C22HH33OO22--] ] // [HC [HC22HH33OO22] = 1,8 ] = 1,8 10 10-5-5

Na práticaNa prática

HCHC22HH33OO22 (aq)(aq) ↔ H ↔ H++ (aq)(aq) + C + C22HH33OO22--

(aq)(aq)

3º passo: obter as concentrações das espécies 3º passo: obter as concentrações das espécies químicas participantes do equilíbrio químicas participantes do equilíbrio

InicioInicio 0,300,30 00 00

VariaçãoVariação - xx + x+ x + x+ x

EquilíbrioEquilíbrio (0,30 – x)(0,30 – x) xx xx

HCHC22HH33OO22 (aq)(aq) ↔ H ↔ H++ (aq)(aq) + C + C22HH33OO22--

(aq)(aq)

4º passo: colocar as concentrações do equilíbrio 4º passo: colocar as concentrações do equilíbrio na expressão da constante de equilíbriona expressão da constante de equilíbrio

KKaa = (x) (x) = (x) (x) // (0,30 – x) = 1,8 (0,30 – x) = 1,8 10 10-5-5

x = [Hx = [H++] = 2,3 ] = 2,3 10 10-3-3 M M

5º passo: calcular o pH5º passo: calcular o pH

pH = - log (2,3 pH = - log (2,3 10 10-3-3) = 2,64) = 2,64

• Muitos ácidos têm mais de um átomo de H ionizável, Muitos ácidos têm mais de um átomo de H ionizável, os quais são chamados de os quais são chamados de ácidos polipróticosácidos polipróticos..

Exemplo:Exemplo:

HH22SOSO3(aq) 3(aq) H H++(aq) (aq) + HSO+ HSO33

--(aq)(aq) KKa1a1 = 1,7 = 1,7 10 10-2-2

HSOHSO33--(aq) (aq) H H++

(aq) (aq) + SO+ SO332-2-

(aq)(aq) KKa2a2 = 6,4 = 6,4 10 10-8-8

HH22SOSO3(aq) 3(aq) 2 H 2 H++(aq) (aq) + SO+ SO33

2-2-(aq)(aq)

KaKa11 > Ka> Ka22 > > KaKa33

Bases Bases fracasfracas

• As bases fracas reagem com a água, abstraindo prótons da As bases fracas reagem com a água, abstraindo prótons da mesma. Desta forma temos, para uma base fraca genérica mesma. Desta forma temos, para uma base fraca genérica (B):(B):

BB(aq)(aq) + H + H22O O HB HB++ + OH + OH--(aq)(aq)

• A expressão da constante de equilíbrio (KA expressão da constante de equilíbrio (Kbb), fica:), fica:

KKbb = [HB = [HB++][OH][OH--]/[B]]/[B]

• Muitas substâncias comportam-se como bases em água Muitas substâncias comportam-se como bases em água (amônia e aminas, por exemplo)(amônia e aminas, por exemplo)

As bases fracas estão classificadas em duas As bases fracas estão classificadas em duas categorias:categorias:

• Substâncias neutras que têm um átomo com Substâncias neutras que têm um átomo com um par de elétrons não-ligante que pode servir um par de elétrons não-ligante que pode servir como um receptor de próton. A maioria dessas como um receptor de próton. A maioria dessas bases contém um átomo de nitrogênio e a bases contém um átomo de nitrogênio e a função aminafunção amina

• Ânions de ácidos fracosÂnions de ácidos fracos

ClOClO-- (aq)(aq) + H + H22O O (l)(l) ↔ HClO ↔ HClO (aq)(aq) + OH + OH-- (aq)(aq) K Kbb = 3,33 = 3,33 10 10-7-7

Tipos de bases fracasTipos de bases fracas

• O produto da constante de dissociação ácida para um O produto da constante de dissociação ácida para um ácido e da constante de dissociação básica para a ácido e da constante de dissociação básica para a respectiva base conjugada, é a constante do produto respectiva base conjugada, é a constante do produto iônico da águaiônico da água

KKaa K Kbb = K = Kww = 1,0 = 1,0 10 10-14 -14 (a 25 ºC)(a 25 ºC)

pKpKaa + pK + pKbb = pK = pKw w = 14,00 (a 25 ºC)= 14,00 (a 25 ºC)

Relação entre KRelação entre Kaa e e KKbb

Propriedade ácido-base de Propriedade ácido-base de soluções de saissoluções de sais

pH do sal em meio aquosopH do sal em meio aquosoÁcido forteÁcido forte Ácido fracoÁcido fraco

Base forteBase forte NeutroNeutro BásicoBásicoBase fracaBase fraca ÁcidoÁcido ??

Depende das habilidades relativas dos íons em Depende das habilidades relativas dos íons em reagir com a águareagir com a água

Os fatores que afetam a força ácida:Os fatores que afetam a força ácida:

Polaridade (H-C em CHPolaridade (H-C em CH44, neutra), neutra)

Força das ligações (H-F)Força das ligações (H-F) Estabilidade da base conjugada (quanto maior a Estabilidade da base conjugada (quanto maior a

estabilidade da base conjugada mais forte é o estabilidade da base conjugada mais forte é o ácido)ácido)

Comportamento ácido-base Comportamento ácido-base e estrutura químicae estrutura química

Ácidos e bases de Ácidos e bases de LewisLewis

Ácido de LewisÁcido de Lewis: receptor de par de elétrons: receptor de par de elétrons

Base de LewisBase de Lewis: doador de par de elétrons: doador de par de elétrons

HH++ é um ácido de Lewis, mas não é o é um ácido de Lewis, mas não é o único!único!

HH

HH

HH N:N: ++ BB

FF

FF

FF

HH

HH

HH NN BB

FF

FF

FF

Basedoador de par

de elétrons

ÁcidoÁcido receptor de receptor de

par de par de elétronselétrons

Referência Referência bibliográficabibliográfica

Brown, LeMay, Bursten. Química: A Ciência Brown, LeMay, Bursten. Química: A Ciência Central, 9ª edição, Ed. Pearson – São PauloCentral, 9ª edição, Ed. Pearson – São Paulo