198 ui 'd.d.5

Copftulo IEquilíbrio iônico

lnlroduFoConsidere, por exemplo, a adição de moléculas HCN (cianidrelo) em água. Como voce

já sabe, a ágüa provoca a ruptura das moÌécÌrìas HCN, dando origem aos íons H* e CN .Tâl fenômeno chama-se íor?rÌdçAo.

A medida que os íons vão surgindo, inicia se entre eles o fenôm€no inverso ao da ion!zação, ou seja, a associação dos ions H' com os jons CN , regenerando a molécula HCN.Esses fenômenos (ionização e associação) ocoÍÍem indefinidamente; porém, após um certolempo, estabelece-se üma situação deequilibrio entre asmolécúlas HCNeos ions H* e CN .

H,OCN EÍe equilíbrio, estabe

Ìecido entre moléculas e seÌlsrespectivos íons, recebe onome de equilíbrio iônico .

@-

@-

i'..

. Uma vez atingido o equiÌibrio, os fenômenos da ionização e da associação ocorremcom a mesma velocidad€, de tal modo que as concentrações molares de HCN, H* e CNnào mais se alteram.

Os equilíbrios ìônicos mais comuns são aqueles que ocoÍem com os ácidos, as bases eos saìs quando em presença da água, devido ao fenômeno da jonização ou da dissociação

0 glou de ionizoçüoConsidere o seguinte problema:São adicionadas em água I J00 moléculas HCN. Após estabelecido o equilibrio, verifi-

ca se que 300molécülas encontram se jonizadas. Determinar quanto por cenro das molécÌ,las inicialmente adicionadas em água se ìonjzaram.

Besolução:

HCN

-

H+ +CN

1500

\\- 1094.1.j!9

I500 - 300 300100

capibrô 1 - EquÍibio iônidô 199

Aalicionando 1500 moléculas --l9ll!gI. 30O moléculas.

.uniz"r "e

an5e aorcionassemos tuu motecutâsLogo:

1500 300- rõ-: " -

100 . r00' | 500

Portanto, 20qo das moléculas adicionadas encontram-se ionizadas. Esse Ìesulrâdo expressa o vaÌor de uma gÍanòeza chafi da gruu de ionização (a).

Desse modo, podemos dizer que:

PaÌa o problema analisâdo, temos:

4,,=100 #

Você se lembra de que quando estudamos o cáÌculo do númerc d€ partículas dispersasde nma solução apâÌeceu um fator chamado /dlo/ de Van't Hoff?

Agora, estamos em condições de mosúrar como surge a fórmula:

i=t+d.(x+y- l )

Suponhamos que sejam adicionados n moles de um eletrólito C"Ayem água e que ocor-râ a ionização de r moles desse eletrólito:

0

a= z +

Fqúrí t . i ' ì * .1"

a"

200 Un'dade 6 Os lôns noéauilLhio oulmicÕ

Assim, o número de partículas dispersas nessa solução ê:

np = n-a + xa + ya + üp = n-no + xn4 + yn4 +

(1 a+xa+Yd) +r= l -d+xa+Yo +

=;=l 'xor lo-o +r- l o ( \+) Ì )

Ma.. a razão - è e\alamenre o Íaror de van r HoÍÍ í i ) . Enlâo:

&=l+a.{x+v- l }

vamos re<olver o seguinre problema:São adicionadas I 800 moléculas de um eletrólito HA em água. CalculaÍ o númeÌo de

partículas dispersas nessa solução, sabendo que o eletrólito se encontra 20q0 ionizado.

Resoluçõo:

HA+ . - l ' ] loq = 20qo

- ,ë i_gQ, :, r l t :

+i=l+0,2.( l * , -,, = ';.-* *i ,

- n,=n i

- np= 1800 1.2 +

Há, na soluçâo, 2160 pârtículas dispersas.Evidentemente, conhecendo o númeÌo de molécuÌas adicionadas e o grau de ionização,

podemos fazer:

360

lH* + lA-

o (x+y- l )i= i +

Entâo:

n" l;eii+l'

@-

t@'

HA+H'

1800 0

'- ,2nqr,"iJ

l80o - 360 360

1.t40

Logo, temos na solução as seguintes particulas:

I zl40 molécuÌas HA360 íons H' +3ó0 íons A-

2 160 particulas dispeÍsas

t

capíiuro 1 EquirhÍióìônÌcô 291

ERll No preparode umâ solução sãodrssolvdos 14,6g de clor idrelo {HClr em água. âtempe_ratura ambiente. Cãlcularo número de pârtículãs dÌspeÍsas nessâ solução, sabendo que oHCI se encontrã 90% ionizado.

ffi ExercÍclo rcsolvido çefl !FtrnrnÍnã---t--!!_-

HCr , mor - 36.ssì - 14,6s -^,molmassã = 14.6õ I '= :a=t =

" '"Então, o númêro de paltículas inicaãlmente dissolvidas é de:

o.4HCI

6,02 1j 'z3 = 2,4oa

+ 1H. + 1crì; i l i=1

90%=a=O,91

'1o23

+ a. (x + y- 1) > Ì= 1+O,9 (1 + t -1) -

i r=. l ig

I

,.n",

ne=n. i= np = 2,4oa . 1c.23 . 1 ,s + ; , .=ì i ; r i , lo""

Bêsposta: 4,57 . 1023 partícuias.

ffi FieÍcícios de oprcndizogern wE 1) Àdicionm{e en ásüa t00 molécüld HA. A1ìúdo

o equiÍbno, 40 ÌnolécìÌd enmntlaÍn-se ioni?ádas.ftten ine o gmü de ionizagão do HA.

f,42) câlcüle o sÌau de ionização de ün ácido HA, $-bendo que, âpós atingido o eqüiÍbÌio, encontÍan-F 7m Ìnolecülâs não'ioniadd das 1200 i"icialnente adicionadas e6 ásu.

EA3) D€tcrmine o süu de ionizÀ ção de uÌn ácido HÀ, 3a-bmdo que o nÌjmeÌo de noleculas ioDiadas, após

atin8jdo o equiÍbrio, é isual â?do iúnco dc

Ìnolecülâs adiciorâdas.

EA1) O núÍnero de noìecüld não-ioniladas de un ácido

tlA, após atinsido o equilib o. è icuâl â Tdo íú-

nem de nolecülas adicionadas en ásüa. Quâl é osau de ioíìza9ão d$!e ácido?

E{5) O gau de ioDüagão de uÌn ácido tü é de 45l7o.Calmle o núGÌo de mole{ula$ que 3e enconlÍan

ionizâda! no equilihrio que se estâbel$e con a âdi-çao de 2 500 nolecülâs m água. De$ubra lãnh{no fator de Yân't Hofr e o núneÌo de panioÍâs dis-pqsar n.ssa solução.

f,Aó) Adicionamie eín águâ f40 noléculd de ün ácidoHA. Descubra o númerc de Ínoleolas não-ionizâdasm equilibÌio, sabendo que o iru g'au de ioni?áÉo éde 2qo. D€temhe, airdâ, o íator de Var'l Hofi e onúmem de padicülãs dispe$a! re$a solüção.

f,Â?) UÍna solução contén 12,6 I de HNO3 dissolvidoseín ráguâ, à tenpúa1üÌa anbieÍlÉ. CalcüÌe o núne-ro de panrculas dispses, $abtido que Desa $lu-Éo o HNo3 s encort'a 95i70

'oniado.

[AE) Cãìole o núÍneÌo de pâÌtioid dispe ar eÍÍ€ntesnuÌna loluçáo qDe contém 42 g de ácido adrim(HAc = HrC - COOH) dissolvidos m ásua. Sâ-be-s qft nes|â solüção o icido .nconiÌa-se 2%

r

Unidãde 5 Os lons no êquÌlíbÍio

A conslonle de fonizoçõoRecebe o nome de corstdnte de ionìzação a coístante de equilibrio, em termos de con.

centrações, aplìcada a um equilíbrio iônico.

. lonização do cianìdrcto (HCN):Na ionização do HCN, €stabelece-se o equilíbrio:

HCN("q) + Hdd + CNcq)

Então, a conÍan(e de equiÌibrio é:I I {+l ÍaN l

K" - - , , j , '^ , , '

tK, :consrantedeionizaçáodeumácido)

Ioìtização do sulfidrcto (H,S):O suÌfidreto ioniza-se em duas etapas:

ll) H,S("q) = H(:q) + HS;q)

_, lH. l [Hs ]^"'

= frÌ"sl

2l) HSúd + HG") + si;q)IH' I IS' I

""=-f f iA equação final do processo de ionizaçào lotaÌ é:

H,S(a) + 2Hüd+ Sã;)

,, tH.l'ts-l.= tH sl

Iontzaçdo do htdto.{ido d? anònìo tNH,OHl

NHaOH(,q) + NHi(e)+ OH;q)

INHJ loH llNH4OHl

W Exercício tesolvido WüEF2) lemos umd soruçáo aquosã de HCIO-. Sdbendo que. ãpó5 dt insrdo o equi [bno, são ool i

qos lH I - 2. 10 ÌÀ,1, tCtO, - 2 . lO rM e HCtO,l - 4. 10 " M. catcLtar o vator

da constântê de ionização,

Rêsoluçào:HCIO2 = H'+ ClOt

",: tr'irJ89t : 210j 2 to j : ++Ë = io ,mor/rouKa : 1o-,M

R€sposta: Ká : 10-,1ú.

4. 10

ffi Exercíc,bs de oprendizogem WEA9) EsÌwa a IóÌúüla da mnía e de ioúaÉo para os equilíbús:

a) HNO,oo + H(b + Nq{ab) Hclo,oo + Hfo + clot{4)0 HrSO3(!!) + 2Hi:{) + So'r(4)

capftuo r - FquirÍbÍiô iônico 2O3

d) H3POna ê H(:x + H:?Otqre) H3PO]@ + 2Hôq) + HPOíGo

f,Al0) EsÌffa ã iónüìa da coníanle de ionização paÍa cada etapa da iorização do Hfoa (ácido tostódco).

EAU) PftpâÌa-se unâ solução aquosa de HCN. Um !e estabelcido o equilibrio. obsera-se que [H'] = 2 . 10-6 M,ICN-I = 2 l0 óMe[HCN] = 4 10 ']. Der€niDe o valor dâconstántedeio,ização des$ ácido, nasâ soluÉo.

EA12) Analisardo una solução aqüosa de HNo, enconlÌúos [H'] = 8 l0 6 molÌ, e [NOt] = 8 l0 ó mol/l.c{ldlè a coicútação noìaÌ de HNo, no equilibÌio, ebendo que a mnstãnle de ioúação ê igual a 4. 10 rM.

[A ) A constâ e de ioni?áçâo do HCloéisuala3. l0 rM. Caldle a concnlÌação ,nolar dc noleülas nâo-ionizâdasqD€ se eftoilmn io equiìibdo, sabendo que d concenlraçoes dos íois g' e clo pr6entes Íes$ equilíbdo sãoisujsâ9 l0 r nol/l.

A diluiçõoVamos ver o que ocorre com o grau de ionização (a) ao fazermos uma diluiçâo da solu-

ção por acréscimo de solvente.Para isso. consideremos a ionizacão de üm ácido HA:

nOO

-^-^ ^ _ n: de moléculas ionüadas

a=- + x=ÌÌ4

Então:ÍH' l ÍA. lÌa = ' - ' - -

- IHA]

4q .ls-- V V nono

"n( ld)vv

!-*;l -@'

r - l -v=v

vv

n ( l -d)

ï*Ïffin.( t -q)

V ( l -c)

2O4 \ i " ,ààde 5 os 'ons

no êquirbÌ io qum(o

Como interprcíamos essa Iei?Veja:Considerando uma diluição por acréscjmo de solvenre, temos:

..-.r-. ..",;,ì,.",.."","".a' ,e, . 'd.Je! i , r I - r r l * . -

" ; ; . ; ia: . ; ; ; ; ; :t s9u:Te

Admitindo um aumenlo indefinido de volume, vem:

se v rende a ó, enrão M

t€ndea, o

I s. u i""i. " -,.. ""iì"1- K. r r o, Mo.- - JíJ: ï ; : : , ' i "* , i^ j ,

l:tel!9i'.1 -l-

M'a'z

Logo:

K".(1 -a)

O fato d€ o grau de ionização render a I significa que a ionização tende a ser ÌoÈl1100q0), pois:

' " ' - ' - "9 -J

Note que o número de moÌéculas ionizâdas ó igual ao de moléculas adìcionadas.aoncluindL,. podemo. e.tabcle.er o,eguìnteenunciado para a teiJa di tuiçào de O.rsatd.

I - a '_ _" 0(poi(X"ècon\tante)

0,10 M w l ,J4ro fl 1,8.10'0,08 M 1,50% I 1,8.10,

0,01 M 2.15qo 1,8.10'

O,OI M ry 4.15ú0 ç 1,8 . l0 '

c"pítúto 1 Eq,ìrÍb'iô iò"ico 2O5

HCN+H++cN

conc;tmõ;s no êqu'ubrio . M r ol Mo Mo

Para os ácidoscuja constante dê ionizagãoé muito pequenâ, o grâu de ionizaçãotambémé muito pequeno, de modo que nos cálculos podemos fãzêr a seguinte ãproximação: ;

Então:

K- - Mot = K" Mo7 . 7,2 1o- 'o o.za -_

f l__: t ì| | ,

o|i -1

a,! = 1O0 6-105=6 103%

[HCN] = N4. 11 al =O,2.(1-6.10 5]=o,2lVì

[H.] =Ma=O,2 6 105= 1,2.10-5[4

ICN-I =Ma:O,2 6 105= 1,2.1O-5M

EB4) O ácido sulÍídrico {HrS), na 1: etapô dâ ionização sm 6oìução 1 M, apresenta grau de ionizsção igual a 0,O3%. Oual seé o gÊu de íonização desse ácido na 1.' etapa da ionizâção €m solução O,O01 M?

Hrshqr è Hi:qr + HS-r.q)\-!!

lú (1 - ' ) Md Ma

ffi Exercíc,'os /esofudos WEB3) A constãntede ionização do ácidocianídr ico (HCNÌ é iguala 7,2 10loM,aumacelta

temperatura. Calculãr o grãu de ionização do HCN numa solução 0,2 M, nessa Ìemperatura, e as concentÌações molares dss espécies presentes no equilíbrio.

íÀr- 1 i ,r :soluçào

i i " : o.o." - á - o,ooo3 - o - 3 ro4

' . , - f l$= r vo, -K.-r .13.ro4, ' - .1, , - .9 i :1! i1ra:

- - - íK.=9 ro-3Mzr so'uçao IM=o,ootM

Kr - rv,r , 9 . ro s - 10 ,o) - "

- !

,0t9 '

- o ' - 9 19 ' -

- d=s.b 103 : r ; i -o,s5e6-

Note que a solução passou de 1 M pârã O,OOl lú, ou sêja, sofreu uma diluigão Com isso,o grôu dê ionìzação aumentou:

1 lVì = d%: 0,03%o'0O1 ÌÚ = a% = o'95%

Unidâd€ 5 - os lons no aquitíbíio

ï:Ì!i Exercícios de aprendizogem *ffiffiiffi1$ffiffidffiEÂr1) PÌepân s Ìrmâ solüçâo 0,4 M de üm ácido HA, ru-

ma ceía kmpúâturâ. Caìcule o gÉu de ionilâqào doHA nessasolução. (Dâdo:K" = 6,4 . t0 3Àd.)

L{ls) O srãü de ionização do ácido aceïco (HAc), nünasoluqâo 0,5 M, éde 6. l0 rqo. Calqleaconían-te de iodagão des$ ácido.

f,Âló) A consranh de ionização do hidóndo de anônio(NH{OH) é de I,E l0 r M. Caìcuh a concdÍa-çã0 mold de üma $luÉo dessa ba$, sabedo qüe,m lempqatuÌa coisideÌada, o grâu de ionização

EA17) PEpm-se unâ solugeo 0,12 M de ü6 ácido HA, adeteminada tenperâtuÌa. Sabendo que Dessa solu

iilii.li'ri,ii ExercÍcrbs de fixoçdo ËiìitÌiïiìï:Ìliiri,,EFlì Prepãrâ-se uma solução de um ácido

HA, ã certa temperatu.a. Verifica sêque na solução o número de moléculas

HA não. ionizadãs è isuata Ëdo nüme-

ro de moléculas adicionadãs. Determi-ne o g.au de ionização do ácido nessa

EF2) Numa solução de um ácido HA encon-trãm-se 800 moléculas não-ionizadas.Calcule o número de molécutas HAadicionadâs, sabendo que ograu de io-nização é dê 25%.

EF3) Dada umâ solução O,3 M de um ácidoHA, que se encontra O,12% ionizado,carcule a constante de ionÌzação.

EF4l A constante de ionização dê um ácidoHA é de 8 1O 5 M. Calculo o srau deionização desse ácido. numa solugãoo.2M.

EFsl A constante de ion'za9ão de um ácidoHA é iguala 8 . 1O 10M. Determine ograu de ionizacão do HA numã sotu-ção:a) 2Mb) o,02 M

çã0 0 sraü de ioúação do HA á de l0 ?qó, cãtcüha conslanE de ioúação.

EAIE) Em solução 2 M, o sÌau de ionüaçào do àcido acèüco íHAcì é isuat a 0.1q0. Drtuindo e$a sotuçìoate que sta s rome 0,02 M, qual sei o s€u novosÌau de ioni2ação?

EAl9) En solüção 0,2 M, o ácido hipobÌoÍo$ (HÌÌO)apÌesenla graü de ioiizaqão de l0 rqo. Deleminesuâ co0slânte de ioúação e o sìr sEu de ionizaçãor a ioìuçao passar a 0,05 M.

EAt0) OsBu dêroMção do ácido hipoctoÍoso (HCtOlàisüal a 2 l0-Ì0õ, em sotuçào 0,8 M Catcule ognu de iorização do HCÌO ern soÌügão 0,2 M, e asua corìsÌdre d€ ionizaqão.

HA

o,20 Mo,32lv0,15 M

o,o5 Mo,25 M

1,OO N,1

coloque os gÉus de ionizacão em ocoem crescente. {Admitâ as sotuçõesna mesmâ ÌempeGtura.)

â) Em qual solução o HA se encontra

b) Em qual solução é maior a concen-tracão dos Ions H +?

cl Em quãlsolucão existem mais moléculas não ionizadas?

Umâ solução de ácido acérico (HAc)apresenÌa concenÍãções motares dosÍons H+ e Ac iguaisa 6. 1O a mot/1.Calculo a concentração motar das moléculas não-ionizadas existentes ness6solução, sãbendo que a constante deionízãqão é de i ,8 . 1O 5Í \4.

c) 0,08 Í!4d) 0,5 M

EF6) Temos uma solução O,45 M de HCN.De quanto aumentará o gfau de ionização do HCN se a solução passar âO,20[4?(Dado: K.- 7,2 10 roM.ì

t-

EF8)

c6plulo 1 - EquilrbÌio iônico 207

As olopos do ionizoSo - clossiÍicoSoOs ácidos que apÍesentam mais de um hidrogênio ionizáveÌ em suas moléculas se ioni-

zam em etapas. Cada etapa coÍesponde a um equilíbrio iônìco, e como tal apresenta umaconstalte de ionização.

ObseNe:O ácido fosfórico (H.POJ apresenta três hidrogênios ionizáveis.

1: etapa: HtPOa + H- + HZPO;

2! etapa: H,PO; + H' + HPOí

[H- ] [H,Po;]lHrPo4l

[H-] IHPoI l

Note que o valor da constante de ionização diminui dapdmeira para a terceira etapa:KÌ > K2 > Kr, lsso ocorre comtodos os ácidos com mais deum hidrogênio ionizável.IH,PO;l

3: etapa: HPOI' + H. + POI

", = t,"or#?i r =.:,í:r:'*.Agora você jâ sabe que cada ácido ou base âpresenta a sua cofftante de ionìzação e,

conseqüentemente, o seu grau de ionização, que depende da diluição. ObseÌve as tabelas:

. ':,cn;*riti*à,i :i:;hl

H,SOa = H* + HSO; (ll etapa)HSo; = H. + Soí- (21etapa)

muito eÌevada (N l0r)t ,2 . 10'

H,Sor = H. + HSOt ( l l etapa)HSO; + H'+ SOi (23 etapa) 5. l0-o

H,S + H' + HS (13 etapa)HS + H' + S' (2: etapa)

5,7 l0 '1,2. r0 "

H,CO3 + H' + HCOt (11etapâ)HCOt + H. + COj- (2: etâpa)

4,5.10'7.10"

HF = H'+FHNO, = H'+ NOt

1,2 t0-44,0 l0a

: : : - ' iË

NHaOH+NH4'+OH 1,8 10 '

C,H5NH3OH+C,HJNHi+OH(hjdróndo de elil anônio)

5,6 l0r

CHTNHTOH=CHrNHi+ÕH(hidróxido de netil amônio)

5,0 101

CóHTNHTOH = C6H5NH.' + OH-(hidróxido de fenil anônio)

4,6 . l0 'o

204 unidâd8 5 os íons no equilÍbÌio químico

Com base nos valores da constante ou do grau de ionização, os autores costumam clas.ificar os ácido\ em mriro Íones-forks. truco\ e nu oIracos.ea,ba:e\em lo e5e traco,

Não há. no enlanlo. uma frontei Ía deÍ inida enlÍe o\ \ár ios t ipoj . De.se modo. 'Dara onosso nível é suficjente que você conheça os ácidos e bases fortes e fracos mais comuns.

Para os ácidos inorgânicos oxigenados, exisre uma regÉ que você pode aplicar para re_conheceÍ a foÌça desses ácidos:

f m . n - l ràcidomuiroÍorre,

H"XO- lm n - 2 íácido lor Íer

lm n I (acido l ÌacoìI m n - 0 (acido muiÌo f Íacoì

HCIO4 + 4-1= 3 (ácido muito foÌ te)H:AsOr

- 3-3 = 0 (ácido Ínui to fraco)

ffiEB5I

Exercícios /eso/yidosSabendo que âs consranres de ionização dos ácidos HX. Hy e HZ são. ,especi ivamenle,1.0 10-6, ] O lO 3e 1,O. lO e.corocatosemo'demcrescenredeÍorua.

| \d^ ] o. ìO" | | HX | è o mais forre {porque a sua consronre é d maiorrKH, = 1,O 103 |-KFz 1,O lO " U4è o mâis Í râco {po'qu€ à sua consÌanre é a menor)

Então, a ordem crescente dê força é:

HZ<HY<HX

F.

EB6) Obseryando a tãbetã abaixo, indicar os ácìdos, em ordem crescente de forcal

7,2. 10 10

IT-- t-lI HcN I

| áiido máts |

' IìFi ' . f;*-El . [:4

5,7. lo-e

I1,8 . 10_5

I@

4,O . 10-4

I7.2 1ó 4

i

I

HNO2=H++NOt 4,O.104

HAc+H++Ac 1,8. 10 5

HrS+H++HS 5,7.103

7,2 . 1o-4HCN=H++CN 7,2 . 10 10

ru FxeÍcÍclos de oprendizogem WW@ffi[42], Sabemor que as consranLes de ionuação dos acidos

if: lili'li li 1 ii'g.l"1x,1ipli1,0 . l0 r. Coioqk.osem ordem crsenrede t0Íçj.

**: -

IJzCOT 0,18%(0,05M)HrSOr 6l%(0,05ÀtHI 95% (0,1 À4)NO: a2o,o (0. I M)

a) QuãÌ á o ácido mãjs foír?b) Qual ó o ácìdo najs fEco?c) Quai a orden d$Ì6cenle de IoÌF desses ácidos?

f,423) Obsere a tabeta:

a) Qual é a base mais tsaca?b) Qual é â bde nais tode?c) Qual a o'den crsceÍ€ de força?

EA2{, ldenrrlìqúe quâl das atLeÍ0aüvar repÍeseDta a srquencìa d0 rrdo mai5 tone pam o ma6 fmco:â) HCÌOa, HrpO{, HNOr, HrÌOr.b) HNOr, HCto!, Hrtor,IÌrPOr.c) Hcìoa, HNOr, Hrpol, H1Bor.d) HrPOl, HNO3, HCjO4, HrBO,.e) HrPOl, HCto4, HrBor, HNO,.