Equilíbrio Químico envolvendo ácidos e bases.



        Antes de iniciar o estudo sobre o equilíbrio envolvendo ácidos e bases é importante saber o que são substâncias ácidas e substâncias básicas assim como o perigo que podem oferecer ao ser humano.

        Substâncias ácidas :

        De acordo com Arrhenius , substâncias ácidas são aquelas que em solução aquosa sofrem ionização liberando íons H+ . Estes íons por sua vez reagem com a água formando o íon H3O+ também chamado de Hidrônio.

HAc = H+ + Ac-

H+ + H2O = H3O+

        Substâncias ácidas são consideradas perigosas pelo fato de terem a propriedade de destruir estruturas moleculares assim como dissolver matéria orgânica com muita facilidade dependendo da força e da concentração do ácido. Existem ácidos fortes que em alta concentração conseguem diluir metais bastantes resistentes como o Magnésio por exemplo. Isto ocorre devido à oxidação promovida pelos hidrônios .

Mg(s) + 2H+(aq) = Mg2+(aq) + H2(g)

 

        É extremamente perigoso trabalhar com substâncias ácidas sem o uso de equipamentos de proteção tais como luvas, óculos, avental, etc. Qualquer contato dessas substâncias com qualquer parte do corpo humano causaria queimaduras bastante sérias e danosas.

        Como determinar a força do ácido :

        A força do ácido é um parâmetro determinado através da sua constante de ionização Ka . Quanto maior o valor Ka , maior a quantidade de íons H+ liberados na solução e como consequencia mais forte é o ácido.

        A constante de ionização é um valor semelhante à constante de equilíbrio, portanto varia apenas com a temperatura.

        Existem outras técnicas para perceber quando um ácido é forte ou não . Suponha um ácido do tipo HySOx , se o valor x-y for maior ou igual a 2 , o ácido pode ser considerado forte. Observação : No lugar do átomo S poderia estar outro átomo.

        Além dessa técnica , se o ácido for do tipo HX onde X é um átomo qualquer da família dos halogênios, o ácido também é considerado forte.

        O valor da constante de ionização Ka é obtido da mesma forma que se obtém a constante de equilíbrio em uma solução aquosa :

HCl = H+ + Cl-

        Substâncias básicas :

        Ainda conforme Arrhenius , substâncias básicas são aquelas que em solução aquosa liberam o íon OH- chamado hidroxila.

BOH = B+ + OH-

        Substâncias básicas também são consideradas perigosas assim como os ácidos e requerem cuidados tais como o uso dos mesmos equipamentos de proteção e evitar contato com partes do corpo. Estas precauções são necessárias porque substâncias básicas também causam queimaduras graves . Ao contrário dos ácidos , as bases liberam hidroxilas OH- que são responsáveis pela redução das outras espécies químicas que estão em contato.

NH2OH = NH2+ + OH-

        Assim como os ácidos são classificados em fortes ou fracos, as bases também podem ser classificadas em bases fortes ou fracas. Esta classificação é análoga aos ácidos , pois uma base forte é aquela que possui uma constante de dissociação alta.

        A constante de dissociação Kb também é obtida de forma semelhante à constante de equilíbrio para soluções aquosas:

NH2OH = NH2+ + OH-

        Algumas bases formadas por elementos pertencentes às famílias dos metais alcalinos e metais alcalinos terrosos são consideradas fortes.

        Substâncias anfipróticas são aquelas consideradas ácidas e básicas ao mesmo tempo.

 

A caracterização de soluções ácidas ou básicas : pH e pOH.


        Por conveniência, a concentração do íon Hidrogênio é expressa sempre na forma de pH. Este termo foi introduzido por um químico dinamarquês chamado Sorensen em 1909. A letra "p" significa potenz , palavra do vocabulário alemão que significa potência.

A relação entre a concentração de íons Hidrogênio e o valor pH é definido pela equação :

pH = - log[H+]

Da mesma forma podemos utilizar essa terminologia para caracterizar a concentração de íons OH- em uma solução básica :

pOH = - log[OH-]

Ou uma solução qualquer :

pK = - log K

 

 

 

Todos os logarítnos citados acima estão na base 10 e K pode ser qualquer valor de constante de equilíbrio.

A relação entre os valores de pH e pOH é definida como :

pH + pOH = 14

Isso ocorre porque à 25o C o produto iônico da água é 10-14

 

 H2O = H+ + OH-

 

Portanto o produto das concentrações dos íons H+ e OH- deve ser 10-14

Utilizando as propriedades dos logarítmos :

[H+].[ OH-] = 10-14

log [H+].[ OH-] = log 10-14

log [H+] + log [OH-] = -14

- log [H+] - log [OH-] = 14

pH + pOH = 14


Indicadores :




        Existem alguns ácidos fracos que possuem uma certa cor quando estão em sua forma molecular e uma cor diferente quando estão na forma ionizada. Isso pode ser muito útil, pois dependendo da cor da solução podemos saber se o ácido está ionizado ou não.
        Mais do que isso, podemos saber a concentração do íon Hidrogênio na solução. Por isso dizemos que esses ácidos fracos são indicadores da concentração do íon Hidrogênio. Podemos chamar essas substâncias de Indicadores.



        Ao aplicar o princípio de Le Chatelier, sabemos que aumentando a concentração do íon Hidrogênio o indicador (ácido fraco) assume a forma molecular (não-ionizada).
        Por outro lado, se a concentração do íon Hidrogênio diminuir o indicador assume a forma ionizada. Assim como os ácidos se ionizam de acordo com sua constante de equilíbrio, os indicadores também possuem a constante de equilíbrio:



        Através dessa equação podemos calcular a concentração mínima de íons Hidrogênio para surgir a cor "A" na solução. A partir disso podemos também calcular o pH dessa situação. Geralmente as substâncias indicadores são utilizadas para identificar substâncias ácidas ou básicas. A cor do indicador varia de acordo com o pH da solução.

Indicador

Meio Básico

Meio Ácido

Tornassol

Azul

Vermelho

Fenolftaleína

Incolor

Vermelho

Metil Orange

vermelho

Amarelo


Soluções Tampão :



        Uma solução tampão, solução tamponada ou simplesmente tampão é aquela solução capaz de manter aproximadamente constante o valor do seu pH quando é adicionado à ela um ácido ou base. Podemos dizer que a concentração do íon Hidrogênio não sofre grandes alterações devido à adição de substâncias ácidas ou básicas.
        A solução tampão pode ser constituída de um ácido fraco e seu respectivo sal ou uma base fraca e seu respectivo sal.
        A importância das soluções tampão não estão apenas associadas ao uso nos laboratórios de pesquisa. A natureza também utiliza soluções tampão em diversos lugares. Um exemplo de solução tampão é o plasma sanguíneo dos seres humanos.
        A nossa corrente sanguínea deve ter um pH apropriado para a respiração acontecer. Se o sangue não fosse uma solução tamponada, ninguém sobreviveria após ingerir molho de tomate, suco de maracujá ou mesmo refrigerante. Esses alimentos são ácidos e alteram o pH do sangue. Se não existisse solução tampão a respiração não continuaria acontecendo e o corpo humano poderia ser levado à morte.
        O pH sanguíneo deve ser 7,4 para a respiração ocorrer. Qualquer alteração no valor desse pH é rapidamente compensado pelo tampão presente na circulação sanguínea para que a respiração continue acontecendo.
        No caso do tampão presente na circulação sanguínea, o ácido fraco envolvido e o sal são o ácido carbônico e o bicarbonato. No caso de excesso do íon H+ o seguinte equilíbrio é deslocado para a esquerda :


H2CO3      =       H+      +      HCO3-
        No caso de excesso do íon OH-, o seguinte equilíbrio é deslocado para a direita :

OH-      +      H2CO3      =       H2O      +      HCO3-


        Dessa forma, a concentração do íon Hidrogênio é mantida constante (pH = 7,4) e com isso é possível ocorrer a respiração.


Tipos de equilíbrio