O ácido acrílico,
, é usado na indústria de polímeros para a produção de acrilatos. Sua ionização é representada pela equação 1:
a) O CH 2 CHCOOH é considerado um ácido forte ou fraco? Justifique. Qual é a sua base conjugada?
b) Calcule o pH de uma solução
deste ácido.
c) Considere a reação representada na equação 2, entre o ácido acrílico e o hidróxido de sódio, NaOH , uma base forte:
Calcule o pH da solução aquosa resultante da reação de 100 g de ácido acrílico com 100 g de NaOH , em um volume final de
de solução. Desconsidere a reação do
com a água.
Dados:
b) Calcule o pH de uma solução
c) Considere a reação representada na equação 2, entre o ácido acrílico e o hidróxido de sódio, NaOH , uma base forte:
Passo 1
Vou listar claramente o que o enunciado pede e todas as informações numéricas dadas.
O que o enunciado pede:
- (a) Dizer se
é ácido forte ou fraco, justificar e indicar sua base conjugada. - (b) Calcular o pH de uma solução de concentração
desse ácido. - (c) Calcular o pH da solução resultante da reação de
de ácido acrílico com de em volume final de , desconsiderando a hidrólise do sal formado.
Informações numéricas dadas:
- Constante de acidez:
(a ). - Para (b): concentração inicial do ácido
. - Para (c): massas:
- massa do ácido:
, - massa do
: , - volume final da solução:
.
- massa do ácido:
- Massas molares:
-
, -
.
-
Observação: a equação de ionização fornecida é
Passo 2
(a) Classificação do ácido e identificação da base conjugada — justificativa com pKa.
Conceito rápido (aula curta): a constante de acidez
mede a tendência do ácido
a doar próton segundo
Um ácido é considerado forte quando se ioniza praticamente completamente em água (em termos práticos isso corresponde a
muito grande, e
negativo ou próximo de zero). Um ácido é fraco quando
é pequeno (tipicamente
positivo, frequentemente maior que 1 ou 2).
Cálculo do
(útil para comparar):
Aplicando:
Interpretação:
é um valor característico de ácido fraco (não é próximo de zero nem negativo). Portanto, o ácido acrílico é um ácido fraco.
A base conjugada é a espécie que resulta da perda de próton pelo ácido na equação de ionização dada. Pela reação fornecida a base conjugada é
Passo 3
(b) Cálculo do pH da solução
de
.
Estratégia (aula curta sobre o método): para um ácido fraco
com concentração inicial
e constante
, a reação de ionização
pode ser tratada com uma tabela ICE (Initial, Change, Equilibrium). Se chamarmos a concentração de
formada de
, então em equilíbrio:
A expressão de equilíbrio é
Para ácidos fracos moderados e concentrações não muito baixas, costuma-se usar a aproximação
desde que
(menos de 5%). Assim obtemos
Aplicando os números:
Verificação da aproximação:
que é menor que
, logo a aproximação é válida.
Assim a concentração de
em equilíbrio é
Agora o pH é
Passo 4
(c) Reação entre
de ácido e
de
; cálculo do pH da solução de
final. (Lembrete: desconsiderar a hidrólise do sal formado.)
Primeiro, converto massas em mols (este é um passo de estequiometria — muito importante na prova).
Moles de ácido:
Moles de
:
A reação é
isto é,
mol de
neutraliza
mol de ácido. Comparando as quantidades: há mais
do que ácido, logo haverá excesso de base forte. O ácido será totalmente consumido (pois é neutralizado por
).
Quantidade de
que sobra (excesso):
Como o volume total da solução é
, a concentração de
em excesso é
Agora calculo o pOH e então o pH. Fórmulas:
Cálculo:
Observação sobre a instrução do enunciado: foi pedido para desconsiderar a reação do
com a água (hidrólise). Se tivéssemos considerado a hidrólise, o íon conjugado fraco poderia consumir parcialmente
e alterar levemente o pH; porém o enunciado nos permite ignorar esse efeito, então o pH é determinado apenas pelo excesso claro de
forte calculado acima.
Resposta
(a) Ácido fraco; base conjugada =
.
(b) .
(c) .
(b)
(c)