Resumo: Cap.: 12

O PRODUTO IÔNICO DA AGUA

E O pH DE SOLUÇÕES AQUOSAS.

O ph é uma medida do caráter ácido (pH < 7), básico (pH > 7) ou neutro (pH = 7) das soluções aquosa (a 25 °C e 1 atm).

Neste capítulo vamos conhecer como se determina o pH das soluções.

Equilíbrio iônico e produto iônico da água

Equilíbrio iônico em água.

A água apresenta um caráter anfótero, isso é, ela pode se comportar como ácido ( doador de prótons) ou como base (receptora de prótons). A transferência de prótons entre moléculas de água ocorre sempre, independentemente de ela estar ou não pura. Esse processo é chamado de autoionização da água e foi proposto por Friedrich Kohlrausch ao observar que a água pura conduzia eletricidade, ainda que em pequena escala.

Para facilitar a compreensão, observe também o modelo a seguir, que ilustra o processo de autoionização da água.

 

De uma forma simplificada, esse equilíbrio pode ser representado da seguinte maneira.

Assim, nota-se que a água pura conta com uma pequena concentração de íons H⁺ e OH^- em equilíbrio com moléculas de água.

Produto iônico da água: K_w

Por meio de medidas de condutividade elétrica, realizadas a 25 °C, foi possível determinar que as concentrações dos íons H⁺ e OH^-  são iguais a   1 x 10^-7 mol ^. L^-1 na água pura, o que indica que o equilíbrio encontra-se muito deslocado no sentido da substância molecular e justifica a baixa condutividade desse líquido.

A constante desse equilíbrio é chamada constante de dissociação da água ou constante de autoprotólise, ou ainda produto iônico da água. Essa constante é representada por Kw, ou seja cujo valor pode ser calculado a partir da seguinte expressão matemática.

                                                        K_w = [H⁺] . [OH^-]

Meios neutro, ácido e básico

Meio neutro

Um sistema é chamado de neutro quando as concentrações dos íons H₃O⁺ e OH^- são iguais, como acontece com a água pura.

Entretanto, a adição de um ácido ou de uma base ao sistema provoca um deslocamento do equilíbrio de ionização da água.

Meio ácido

A adição de um ácido a um sistema neutro aumenta a concentração de íons H₃O⁺ e o torna ácido. De acordo com o princípio de Le Châtelier uma pequena parte desses íons adicionados reage com íons OH^- derivados da autoionização da água.

Meio básico

A adição de uma base a um sistema neutro implica a formação de uma solução básica. Parte dos íons OH- adicionados reage com íons H+ provenientes da autoionização da água.

Determinação do pH

Os valores de [H⁺] e [OH^-] das soluções aquosas variam normalmente em uma extensa faixa de números com expoentes negativos.

Em 1909, o químico dinamarquês Soren Sorensen propôs a transformação desses valores em uma escala mais fácil de ser trabalhada por meio do uso de logaritmos: a escala de pH. A letra p vem de potencial e a letra H quer dizer hidrogeniônico.

 Indicadores ácido-base

A determinação do pH pode ser feita por meio de um aparelho chamado de medidor de pH ou peagômetro. A leitura se dá em função da condutividade elétrica da solução, pois um voltímetro mede o pH eletroquimicamente. O aparelho é calibrado para converter os valores medidos em milivolts para escala usual de 0 a 14 de pH.

Os valores aproximados de pH normalmente são obtidos com o uso de indicadores ácido-base. Várias substâncias naturais e sistemáticas apresentam cores que mudam de cor em função do pH.

Geralmente o indicador ácido-base é um ácido fraco ou uma base fraca.

Há várias substâncias que atuam como indicadores. Tambem é muito comum o uso do indicador universal – uma mistura de alguns indicadores em tiras de papel, as quais, ao serem mergulhadas na solução analisada, adquirem cores que devem ser comparadas a uma escala-padrão com os respectivos valores de pH.

Cálculo de pH de soluções de ácidos e bases

O cálculo de pH das soluções depende da concentração e da força do ácido ou da base.

Soluções de ácidos fortes

Para calcular o pH de soluções ácidas é necessário determinar a concentração de íons H⁺ (ou H3O⁺) dessas soluções.

A adição de uma solução de ácido forte à água altera o equilíbrio iônico da água. O aumento de [H₃O⁺] pela adição de ácido é acompanhado pela diminuição da [OH^-] por meio da reação destes com os íons H₃O⁺ adicionados.

Soluções de bases fortes

Considere a dissolução de 0,01 mol . L^-1 de NaOH, a 25 ºC. A concentração de íons OH⁺ em uma solução é igual a 0,01 mol ^. L^-1, pois a concentração de OH^- proveniente da água é, também, desprezível nesse caso.

NaOH(aq) → Na⁺(aq) + OH^-(aq)

Soluções de ácidos fracos e bases fortes

Para determinar a concentração de íons H⁺ em solução de ácidos fracos, é necessário conhecer a concentração inicial do ácido, o grau de ionização, ou a constante de ionização, bem como considerar o equilíbrio entre o ácido HA e sua base conjugada A^-. De forma semelhante, também é possível determinar a [OH^-] e o pH ou pOH de soluções de bases fracas.

Titulação ácido-base

A determinação experimental da concentração de uma solução geralmente é feita por meio de um procedimento denominado titulação, o qual envolve a adição de uma solução de concentração conhecida – o titulante –, a uma solução de concentração desconhecida – o titulado.

O volume do titulado é medido de forma precisa, com o uso de uma pipeta volumétrica e transferido para um frasco, juntamente com algumas gotas de um indicador ácido-base adequado.

Em um procedimento mais simples, o ponto final da titulação é adquirido com o auxílio de indicadores visuais conhecidos por indicadores ácidos-base.

O ponto de equivalência ocorre quando a quantidade adicionada de titulante, em mol, é igual à determinada pela proporção estequiométrica para a reação com o titulado. Esse ponto é indicado pelo momento de mudança de cor de um indicador, conhecido por ponto de viragem do indicador.

Titulação de ácido acético com solução de hidróxido de sódio

A titulação pode ser usada para determinar a concentração de um ácido ou de uma base em uma solução.

Soluções ácidas são sempre neutralizadas com titulantes básicos de concentração conhecida, enquanto soluções básicas são sempre neutralizadas com titulantes ácidos de concentração conhecida. Um indicador ou um medidor de pH (peagômetro) podem ser usados para acusar o momento exato em que o titulado foi totalmente neutralizado. Nesse momento, interrompe-se a adição de titulante e lê-se o volume gasto.