Com base no que você aprendeu sobre hidrólise de cátions e usando os dados termodinâmicos apresentados na questão, responda:
Dados de acidez de cátions frente a água
Ínon
pKa
13,82
14,48
14,8
6,50
11,42
12,70
13,18
13,82
a) Conceitue hidrólise.
b) Explique a ordem nos valores de pKa (tabela) entre os íons dos elementos do grupo 1, entre os íons dos elementos do grupo 2 e entre os íons dos elementos do mesmo período.
c) Por que os cátions dos alcalinos não reagem com a água?
d) Por que, dos íons alcalino-terrosos, apenas o
hidrolisa?
Dados de acidez de cátions frente a água
| Ínon |
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| pKa | 13,82 | 14,48 | 14,8 | 6,50 | 11,42 | 12,70 | 13,18 | 13,82 |
b) Explique a ordem nos valores de pKa (tabela) entre os íons dos elementos do grupo 1, entre os íons dos elementos do grupo 2 e entre os íons dos elementos do mesmo período.
c) Por que os cátions dos alcalinos não reagem com a água?
d) Por que, dos íons alcalino-terrosos, apenas o
Passo 1
O enunciado pede quatro coisas claras:
a) Conceituar “hidrólise” (no contexto de cátions hidratados).
b) Explicar as ordens observadas nos valores de fornecidos: entre os íons do grupo 1 (
), entre os íons do grupo 2 (
) e entre íons do mesmo período (ex.: comparar
com
na mesma linha da tabela).
c) Dizer por que os cátions alcalinos (grupo 1) não reagem com a água.
d) Explicar por que, no grupo 2, apenas hidrolisa (segundo os dados).
a) Conceituar “hidrólise” (no contexto de cátions hidratados).
b) Explicar as ordens observadas nos valores de
c) Dizer por que os cátions alcalinos (grupo 1) não reagem com a água.
d) Explicar por que, no grupo 2, apenas
Dados relevantes fornecidos na tabela (vou usar explicitamente estes valores):
Observação: vou interpretar
como o valor da reação de desprotonação da espécie hidratada
, isto é, a reação
A resolução começa no Passo 2.
Passo 2
O que é hidrólise (definição didática e reação importante).
Hidrólise de um cátion é a reação em que a água coordenada ao cátion perde um próton (H+), ou seja, o cátion “puxa” elétrons da ligação O–H e facilita a formação de . A equação geral mais usada é:
Hidrólise de um cátion é a reação em que a água coordenada ao cátion perde um próton (H+), ou seja, o cátion “puxa” elétrons da ligação O–H e facilita a formação de
Explicando cada termo:
-
: cátion cercado por moléculas de água (hidratado). -
: complexo depois de perder um próton (tem um OH ligado ao metal). -
: o próton liberado que torna a solução ácida se o processo for significativo.
Conceito de
e
: para essa reação definimos
Interpretação prática: menor
⇒ maior
⇒ maior tendência de formar
⇒ cátion mais ácido (hidrolisa mais). Essa é a principal medida que vamos usar para comparar os íons da tabela.
Passo 3
Entendendo por que alguns cátions hidrolisam e outros não — conceito de “poder polarizante / densidade de carga”.
- O que polariza a molécula de água ligada ao cátion e facilita a liberação de
é a capacidade do cátion de atrair elétrons da ligação O–H. Essa capacidade depende principalmente da carga do íon e do seu tamanho (raio iônico ). - Uma forma simples (qualitativa) de falar disso é usar a razão carga/raio, por exemplo
(quanto maior, maior a densidade de carga e maior o efeito polarizante). Íons com alta densidade de carga puxam fortemente os elétrons da água, enfraquecendo O–H e facilitando a liberação de prótons. - Outra visão equivalente: energia de hidratação (mais negativa para íons pequenos e muito carregados) estabiliza melhor os produtos e favorece a hidrólise.
Exemplos conceituais rápidos (sem números):
tem
e raio muito pequeno ⇒
muito grande ⇒ forte polarização da água ⇒ hidrólise forte (baixo
).
tem
e raio grande ⇒ baixa densidade de carga ⇒ não polariza O–H ⇒ hidrólise desprezível (alto
).
Passo 4
Interpretação prática do
em relação ao pH da água e extensão de hidrólise.
- Água pura tem
(a 25 °C) e (onde e ). - Se o
do cátion for muito maior que , praticamente não haverá formação de por hidrólise comparado à autoionização da água; se for bem menor que (ou menor que 7), espera-se que a hidrólise seja significativa em água neutra. Em termos simples: quanto menor , mais ácido e mais altera o pH da solução. - Exemplo rápido:
com significa que o complexo hidratado é relativamente ácido — em água neutra há tendência a liberar H+ e acidificar a solução. Já com mal reage.
Passo 5
Explicação da ordem entre íons do grupo 1 (
) usando os dados da tabela (vou citar os valores da tabela novamente):
Observação: estou usando os valores diretamente da tabela fornecida. Agora a explicação passo a passo:
- Todos têm carga
. A diferença principal entre eles é o raio iônico: é o menor, maior e maior ainda. - Quanto menor o raio, maior a densidade de carga
. Assim polariza mais a água do que e . - Consequência:
tem a menor no grupo (mais ácido entre os alcalinos), e tem a maior (menos ácido). Isso explica a ordem observada: (em poder de hidrólise) quando traduzimos para menor = mais ácido. - Em linguagem de prova: “na família 1, ao descer o grupo o raio aumenta, a densidade de carga diminui e a hidrólise diminui (pK_a aumenta)”.
Passo 6
Explicação da ordem entre íons do grupo 2 (
) usando os valores da tabela:
Explicação detalhada:
- Todos têm carga
, então a carga é a mesma; o que varia fortemente é o raio iônico. Be2+ é muito pequeno, Mg2+ é maior, e assim por diante até Ba2+ que é bem grande. - Porque a carga
é o dobro dos alcalinos, efeitos de polarização são muito mais importantes no grupo 2. Be2+, por ser muito pequeno com carga +2, tem densidade de carga muito alta → enorme poder polarizante → liga a água de modo a enfraquecer O–H e promove retirada de H+ com facilidade ⇒ muito baixo (6{,}50). - Descendo o grupo o raio aumenta, a densidade de carga diminui e
aumenta: a hidrólise enfraquece. Logo a ordem observada (pK_a crescente para baixo do grupo) é explicada pela diminuição do poder polarizante com o aumento do raio. - Comentário adicional (útil na prova): o salto entre
e é grande porque Be2+ é excepcionalmente pequeno e apresenta também tendência a caráter covalente em suas ligações com oxigênio, o que aumenta ainda mais sua habilidade de desprotonar a água.
Passo 7
Explicação da variação entre íons do mesmo período (comparação carga vs. raio). Vou comparar exemplos práticos usando a tabela:
- Mesma linha do período 2:
versus . Valores: e . Ambos têm raios parecidos (mesmo período), mas cargas diferentes: para e para . A carga maior gera densidade de carga muito maior e, portanto, maior polarização da água — daí é muito mais ácido. - Regra geral para um mesmo período: mantidos raios semelhantes, íons com maior carga hidrolisam mais (menor
). Em termos de prova: “na mesma linha, o efeito da carga domina — íons com maior carga são mais polarizantes e mais ácidos.”
Passo 8
Por que os cátions dos alcalinos não reagem (resposta para a letra c, explicação detalhada e didática).
- Dados da tabela:
. Esses valores são altos, maiores ou próximos a . - Interpretação: um
tão alto significa que a reação de desprendimento de do complexo hidratado é fortemente desfavorável em água pura — isto é, a água não é suficientemente desestabilizada para que o cátion provoque liberação de próton em quantidade mensurável. - Conclusão prática: os cátions alcalinos praticamente não hidrolisam em solução aquosa (são íons espectadores); não mudam o pH da água. Por isso sais contendo apenas cátions alcalinos e íons de ácidos fortes (ex.: NaCl, KNO3) são neutros.
- Nota pedagógica: a razão física é que a densidade de carga
para esses íons é pequena (carga , raios grandes), então não há polarização suficiente para romper O–H.
Passo 9
Por que só
hidrolisa entre os alcalino-terrosos (resposta para a letra d, com nuance).
- A tabela mostra
(claramente baixo) e os demais alcalino-terrosos têm bem maiores: . - Interpretação direta:
tem densidade de carga muito alta (pequeno raio e carga +2), então polariza fortemente a água, promovendo a perda de próton — por isso seu é baixo e a hidrólise é observável em água. - Os demais
(Mg2+, Ca2+…) têm raios maiores e densidade de carga menor; seus são altos o suficiente para que a hidrólise em água pura seja muito pequena ou desprezível. Assim, na prática, apenas aparece como claramente hidrolisante entre esses íons. - Observação química extra (útil na prova): além do efeito puramente eletrostático,
tende a exibir caráter covalente nas ligações com oxigênio e formar complexos estáveis que favorecem a desprotonação — isso reforça sua acidez. Já pode mostrar alguma hidrólise fraca em soluções concentradas, mas pelo valor de indicado (11{,}42) o efeito é bem menor e desprezível em soluções diluídas.
Resposta
a) Hidrólise é a reação em que o cátion hidratado
provoca a perda de um próton da água coordenada, conforme
.
b) Entre os alcalinos ( )
cresce ao descer o grupo porque o raio aumenta e a densidade de carga (
) diminui, reduzindo a polarização da água; entre os alcalino‑terrosos (
→
)
também cresce ao descer o grupo pelo mesmo motivo (mesma carga
e raio maior para baixo do grupo), e entre íons do mesmo período íons com maior carga (mesmo raio) têm maior poder de polarização e, portanto, menor
(ex.:
é muito mais ácido que
).
c) Porque os cátions alcalinos têm muito altos (
-
), ou seja, baixa densidade de carga e poder polarizante insuficiente para desprotonar a água em quantidade mensurável; portanto são praticamente íons espectadores em água.
d) Porque combina carga
com raio muito pequeno (alta densidade de carga), polariza fortemente a água e tem
(baixo), o que torna a hidrólise significativa; os demais
do grupo têm raios maiores e
altos, logo não hidrolisam apreciavelmente.
b) Entre os alcalinos (
c) Porque os cátions alcalinos têm
d) Porque