QUÍMICA GERALÁcidos e Bases

Prof. Dr. Anselmo E. de Oliveira

Instituto de Química, UFGanselmo.quimica.ufg.br

anselmo.disciplinas@gmail.com

8 de Novembro de 2018

Agronomia

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1 Produto iônico da águaI A água é anfiprótica. Ou seja, ela tanto doa, com aceita

prótonsReação direta: 2 H2O(l)→ H3O+(aq) + OH−(aq)

I Autoprotólise: uma molécula transfere um próton para outramolécula igual

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2H2O(l) H3O+(aq) + OH−(aq)

K =aH3O+aOH−

(aH2O)2

Como aH2O = 1Kw = aH3O+aOH−

Kw é a constante de autoprotólise da águaasoluto ≈ [soluto]/c, com c = 1 mol/L

Kw =[H3O+

] [OH−]

Água pura, 25 ◦C,[H3O+] = [OH−] = 1, 0× 10−7 mol/L

Logo,

Kw =(1, 0× 10−7

) (1, 0× 10−7

)= 1, 0× 10−14

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2 Ácidos e bases em meio aquosoI Arrhenius:

– Um ácido é um composto que contém hidrogênio e reage comágua para formar íons hidrogênio, H+

– Uma base é um composto que produz íons hidróxido, OH−,na água

I Ácidos e bases fortes e fracos– ácidos e bases fortes estão completamente ionizados e

dissociados em soluções aquosas diluídas

HA(aq)→ H+(aq) + A−(aq)

Ka =[H+] [A−]

[HA]– Como [HA]→ 0, Ka é muito alto para ácido fortes– Logo: quanto maior [HA]⇒ menor Ka ⇒ menor a força do

ácidoI Assim como pH = −log[H+], pKa = −log (Ka)

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O ácido clorídrico é uma solução de cloreto dehidrogênio (ácido forte em água) em água e contémos íons hidrônio, íons cloreto e praticamente nehumamolécula de HCl. A reação completa é:

HCl(g) + H2O(l)→ H3O+(aq) + Cl−(aq)

Já o ácido acético é um ácido fraco em água porqueapenas uma pequena fração sofre desprotonação:

CH3COOH(aq)+H2O(l) H3O+(aq)+CH3CO−2 (aq)

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Ácidos e Bases– O ácido clorídrico é um ácido forte

– O ácido acético é um ácido fraco

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I Um ácido poliprótico é um composto que pode doar mais deum prótonO ácido carbônico participa de dois equilíbrios sucessivos detransferência de prótons:H2CO3(aq) + H2O(l) H3O+(aq) + HCO−

3 (aq)Ka1 = 4, 3× 10−7

HCO−3 (aq) + H2O(l) H3O+(aq) + CO2−

3 (aq)Ka2 = 5, 6× 10−11

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– De um modo geral Ka1 � Ka2 � Ka3 � · · ·

Tabela: Constantes de acidez de ácidos polipróticos.

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3 Como calcular o pH de uma solução de um ácido fraco?

I A dissolução em água do ácido fraco leva ao equilíbrio entre oácido, o íon hidrônio e da base conjugada do ácido

CH3COOH(aq) + H2O(l) H3O+(aq) + CH3CO−2 (aq)

ácido + água íon hidrônio + base conjugadaI Procedimento de cálculo

– Escreva a equação química e o Ka

– Monte uma tabela com ácido (HA), H3O+ e a base conjugadado ácido (A−)◦ Na primeira linha da tabela coloque as concentrações iniciais

(não há desprotonação nessa etapa)◦ Na segunda linha coloque as mudanças nas concentrações

até o equilíbrio◦ Na terceira linha coloque o resultado da soma das duas

primeiras linhas (concentrações no equilíbrio)

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HA + H2O H3O+ + A−

ácido + água íon hidrônio + base conjugada

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ProblemaCalcule o pH e a percentagem de desprotonação das moléculas deCH3COOH em uma solução 0,080 mol/L de CH3COOH emágua, sabendo que o Ka do ácido acétido é 1, 8× 10−5.

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ProblemaCalcule o pH e a percentagem de desprotonação das moléculas deCH3COOH em uma solução 0,080 mol/L de CH3COOH emágua, sabendo que o Ka do ácido acétido é 1, 8× 10−5.

– Solução é ácida ⇒ pH < 7– Ácido fraco ⇒ pequena desprotonação– Escreva a equação química e o Ka

CH3COOH(aq) + H2O(l) H3O+(aq) + CH3CO−2 (aq)

Ka =[H3O+] [CH3CO−

2

][CH3COOH]

– Monte uma tabela com ácido (CH3COOH), H3O+ e a baseconjugada do ácido (CH3CO−

2 )

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– Substitua as concentrações no equilíbrio naequação do Ka

Ka = 1, 8× 10−5 = x× x

0, 080− xx = 0.00119

– Como x =[H3O+] e pH = −log

[H3O+]

pH = −log(0.00119) = 2, 92

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– A percentagem de desprotonação é dada por[H3O+]

[HA]inicial× 100

Nesse caso,[HA]inicial = [CH3COOH]inicial = 0, 080

Logo,percentagem de desprotonação =

0.001190, 080 × 100 ≈ 1, 5%

Em resumouma solução aquosa de ácido acético 0,080 mol/L é1,5% ionizada e apresenta pH 2,92.

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4 Como calcular o pH de uma solução de uma base fraca?Resposta: de modo similar ao feito para o ácido fraco.

I A dissolução em água de uma base fraca leva ao equilíbrioentre a base, o íon hidróxido e do ácido conjugado da base

CH3NH2(aq) + H2O(l) OH−(aq) + CH3NH+3 (aq)

base + água íon hidróxido + ácido conjugadoI Procedimento de cálculo

– Escreva a equação química e o Kb

– Monte uma tabela com base (B), OH− e o ácido conjugado dabase (BH+)◦ Na primeira linha da tabela coloque as concentrações iniciais

(não há protonação nessa etapa)◦ Na segunda linha coloque as mudanças nas concentrações

até o equilíbrio◦ Na terceira linha coloque o resultado da soma das duas

primeiras linhas (concentrações no equilíbrio)

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B + H2O BH+ + OH−

base + água ácido conjugado + íon hidróxido

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ProblemaCalcule o pH e a percentagem de protonação de uma soluçãoaquosa de metilamina (CH3NH2) 0,20 mol/L, sabendo que oKb = 3, 6× 10−4.

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ProblemaCalcule o pH e a percentagem de protonação de uma soluçãoaquosa de metilamina (CH3NH2) 0,20 mol/L, sabendo que oKb = 3, 6× 10−4.

– Solução é básica ⇒ pH > 7– Base fraca ⇒ pequena protonação– Escreva a equação química e o Kb

CH3NH2(aq) + H2O(l) OH−(aq) + CH3NH+3 (aq)

Kb =

[CH3NH+

3

][OH−]

[CH3NH2]– Monte uma tabela com base (CH3NH2), OH− e o ácido

conjugado da base (CH3NH+3 )

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– Substitua as concentrações no equilíbrio naequação do Kb

Kb = 3, 6× 10−4 = x× x

0, 20− xx = 0, 00831

– Como x = [OH−] e pOH = −log [OH−]pOH = −log(0.00831) = 2, 08

◦ pKw = pH + pOH ⇒ pH = 14− 2, 08 = 11, 92

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– A percentagem de protonação é dada por[BH+]

[B]inicial× 100

Nesse caso,[B]inicial = [CH3NH2]inicial = 0, 20

Logo,percentagem de protonação =

0, 008310, 20 × 100 ≈ 4, 2%

Em resumouma solução aquosa de metilamina 0,20 mol/L é4,2% ionizada e apresenta pH 11,92.

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5 O pH do soloI pH de uma solução formada pela mistura de

uma amostra do solo com água (apósagitação e decantação/filtração).

– Em seguida, mede-se o pH dessa soluçãocom um phmetro.

– pH em solução de CaCl2

I Fatores que podem interferir no pH do solo:composição e a concentração de sais,metais, ácidos, bases e substânciasorgânicas.

I A faixa de pH desejável para crescimentoideal da planta varia entre as plantações.

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I Argilas ou coloides orgânicosapresentam superfíciesnegativamente carregadas...

I que atraem partículaspositivamente carregadas,como muitos importantesnutrientes para as plantas

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I As raízes das plantas trocam H+

por cátions (como potássio, K+)...I e esse aumento de H+ resulta na

acidez do solo

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I Materiais de cal contêm cálcio e/ou magnésio em formasque, quando dissolvidas, vão neutralizar a acidez do solo.

* Cal calcítica (CaCO3) ou dolomítica (CaMg(CO3)2)

CaCO3 + 2 H2O ⇐⇒ Ca(OH)2 + H2CO3

* Ca(OH)2 é uma base forte

Ca(OH)2 → Ca2+ + 2 OH−

* H2CO3 é um ácido fraco

H2CO3 H+ + HCO−3

* Assim, o efeito líquido é que mais Ca2+ que H+ são liberadosno solo e, consequentemente, a acidez do solo é neutralizada.

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