9ª Questão
O ácido ascórbico,
, também conhecido como vitamina C, e o ácido cítrico
, são comumente utilizados na indústria como conservantes e acidulantes. Nesta questão considere apenas a primeira ionização de cada um deles, conforme representado abaixo:
Eq. 1
Eq. 2
a) Diga quais são os dois pares conjugados da equação 1, segundo Bronsted-Lowry, indicando os ácidos e as bases.
b) Uma bebida de soja contém 30 mg de
, com grau de ionização de
, e
de
em 200 mL . Calcule o pH da bebida, desconsiderando o efeito do íon comum e outras reações.
c) Um lote da bebida de soja apresentou pH igual a 12, em decorrência de contaminação com hidróxido de sódio, NaOH , uma base forte. Explique o que ocorreu com o grau de ionização dos ácidos nesta situação.
Dados:
Considere todas as reações à temperatura igual a
.
b) Uma bebida de soja contém 30 mg de
c) Um lote da bebida de soja apresentou pH igual a 12, em decorrência de contaminação com hidróxido de sódio, NaOH , uma base forte. Explique o que ocorreu com o grau de ionização dos ácidos nesta situação.
Passo 1
O enunciado faz três perguntas claras:
- (a) Identificar os dois pares ácido–base conjugados da Eq. 1 (segundo Bronsted–Lowry), indicando quais são os ácidos e quais são as bases.
- (b) Calcular o pH de uma bebida de soja que contém
de (ácido ascórbico) com grau de ionização de , e de (ácido cítrico), tudo em . Desconsiderar efeito do íon comum e outras reações; considerar só a primeira ionização de cada ácido e as constantes fornecidas. - (c) Explicar o que ocorre com o grau de ionização dos ácidos se a bebida ficou contaminada e passou a ter
por presença de NaOH (base forte).
Informações e dados dados no enunciado (que usarei nos cálculos):
- Para a Eq. 1 (ácido ascórbico):
. - Para a Eq. 2 (ácido cítrico):
. - Massa molar
. - Massa molar
. - Volume total da amostra:
. - Grau de ionização do ácido ascórbico:
. - Todas as reações a
.
Passo 2
(a) Entendendo Bronsted–Lowry e identificando pares conjugados na Eq. 1.
Breve explicação (didática): segundo Bronsted–Lowry, um ácido é uma espécie que doa próton
e uma base é uma espécie que aceita próton. Quando um ácido doa um próton forma sua base conjugada; quando uma base aceita um próton forma seu ácido conjugado.
A Eq. 1 é
- Aqui
doa um próton e, portanto, é o ácido; sua base conjugada é . - A água
aceita um próton e atua como base; sua forma protonada (ácido conjugado) é .
Portanto os pares conjugados (ácido / base conjugada) são:
(na forma usual escreve-se o par como
, onde
é o ácido e
a base conjugada).
Passo 3
(b) Vamos calcular o pH passo a passo. Estratégia didática: calcular a contribuição em
gerada por cada ácido (primeira ionização), somá-las (desconsiderando efeito do íon comum, conforme pedido) e então obter o pH por
.
- Conversão das massas em mols e em concentrações molares iniciais.
Ácido ascórbico (
):
Concentração inicial em
:
Como foi dado o grau de ionização
, a concentração de
produzida por esse ácido (pela primeira ionização) é
Explicação didática: o grau de ionização
é a fração da espécie ácida que se transforma em íon; assim
e
gerado por esse ácido é igual a
(para primeira ionização).
- Ácido cítrico (
):
Concentração inicial:
Para a primeira ionização do ácido cítrico (tratada isoladamente, conforme instrução de desprezar íon comum), escrevemos a expressão de equilíbrio:
com
.
Tomando
como a concentração de
gerada pela primeira ionização do ácido cítrico (isoladamente), temos no equilíbrio:
Logo
Resolvendo para
(fórmula quadrática manipulada convenientemente), obtemos
Substituindo
e
:
Portanto
Assim a contribuição em
do ácido cítrico (primeira ionização) é
Passo 4
Somamos as contribuições de
das duas primeiras ionizações (tratadas independentemente, conforme pedido):
Calcular o pH:
Comentário didático: o log foi avaliado usando
, daí
.
Passo 5
(c) O que acontece com o grau de ionização se a bebida ficou com
por contaminação com NaOH?
Explicação didática e qualitativa (simples e empática): adicionar NaOH (uma base forte) introduz íons
que reagem rapidamente com
ou com os ácidos presentes. As reações relevantes são do tipo
ou, visto pelo equilíbrio ácido
base conjugada +
, a remoção de
por neutralização desloca o equilíbrio para a direita (Princípio de Le Châtelier), favorecendo a dissociação do ácido. Ou seja, a presença de base consume prótons e força os ácidos fracos a se ionizarem mais para repor prótons — portanto o grau de ionização aumenta. Em uma mistura que atinge
(muito básico) a grande maioria das espécies ácidas será praticamente totalmente deprotonada (grau de ionização muito próximo de
), formando suas bases conjugadas (
). Por isso, na amostra contaminada os ácidos estarão praticamente totalmente ionizados e o pH será controlado pelo excesso de base forte remanescente.
Palavras de incentivo: é normal ficar confuso com esses equilíbrios; a ideia-chave é sempre aplicar Le Châtelier e lembrar que base forte consome prótons e “empurra” a ionização de ácidos fracos para a direita.
Resposta
(a)
(ácido / base conjugada)
(ácido / base conjugada)
(b)
(c) O grau de ionização aumenta (tende a
); os ácidos são praticamente totalmente deprotonados pela ação da base forte.