Entre os ânions estudados, quais não podem existir em meio ácido (mesmo em H2SO4 diluído)? Justifique com base nos equilibrios envolvidos.

Passo 1

Beleza, o enunciado pede pra gente descobrir quais ânions, de todos que já vimos (tipo OH⁻, CO₃²⁻, PO₄³⁻, S²⁻, NO₂⁻ etc.), simplesmente não existem quando o meio é ácido (mesmo num H₂SO₄ “fraquinho”). O conteúdo é equilíbrio ácido-base: precisamos usar pKa dos ácidos correspondentes e ver que, se o pH do meio é bem menor que o pKa, o ânion vira todo o ácido (ou espécies protonadas).

Passo 2

Primeiro, lembra da regra básica: num equilíbrio
A⁻ + H⁺ ⇌ HA
a constante é Ka = [H⁺][A⁻]/[HA], e pKa = –log Ka.
Se o pH do meio < pKa, o equilíbrio pende fortemente para a direita (tudo vira HA).
No caso do H₂SO₄ diluído, mesmo que não seja concentração máxima, o pH fica por volta de 1 ou menor. Ou seja, qualquer ânion cujo ácido conjugado tenha pKa maior que ~1 vai ser quase 100% protonado.

Passo 3

Vamos comparar pKa dos ácidos que formam esses ânions:
  • OH⁻ vem de H₂O, pKa ≈ 15,7 → pH 1≪15,7 → vira H₂O
  • CO₃²⁻ vem de H₂CO₃ (pKa₁ ≈ 6,35; pKa₂ ≈ 10,3) → pH 1≪6,35 → vira HCO₃⁻ e CO₂/H₂CO₃
  • PO₄³⁻ vem de H₃PO₄ (pKa₁ ≈ 2,15; pKa₂ ≈ 7,2; pKa₃ ≈ 12,4) → pH 1<2,15 → vira H₂PO₄⁻/H₃PO₄
  • SO₃²⁻ vem de H₂SO₃ (pKa₁ ≈ 1,8; pKa₂ ≈ 7,2) → pH ≲1<pKa₁ → vira HSO₃⁻/H₂SO₃
  • S²⁻ vem de H₂S (pKa₁ ≈ 7,0; pKa₂ ≈ 13,9) → pH 1≪7 → vira HS⁻/H₂S
  • NO₂⁻ vem de HNO₂ (pKa ≈ 3,4) → pH 1<pKa → vira HNO₂
Por outro lado, ânions de ácidos fortes (pKa muito negativo), como Cl⁻, Br⁻, NO₃⁻, ClO₄⁻, SO₄²⁻ (pKa₁ de H₂SO₄≈–3), não se protonam, pois o pH do meio ainda é maior que essas pKa’s bem negativas.

Passo 4

Conclusão: qualquer ânion cuja base conjugada venha de um ácido fraco (ou moderado) com pKa > ~1 será totalmente protonado em H₂SO₄ diluído.

Resposta

Os ânions que não podem existir em meio ácido (mesmo em H₂SO₄ diluído) são:
OH⁻, CO₃²⁻ (e HCO₃⁻), PO₄³⁻ (e H₂PO₄⁻/HPO₄²⁻), SO₃²⁻ (e HSO₃⁻), S²⁻ (e HS⁻) e NO₂⁻. Esses são convertidos quase que 100% em suas formas protonadas.

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