Baseando-se na resposta da questão anterior, explique a seguinte afirmação.
A adição de LiH (hidreto do bloco s) quanto a adição de HF (hidreto do bloco p) à água, alteram o equilíbrio de auto-ionização desta, produzindo soluções básicas para o primeiro enquanto o HF apresenta um comportamento antagônico ao LiH. Considerando sua análise da questão 3, escreva equações químicas que representam as possíveis interações desses hidretos com a água e indicando qual interação deve ter maior extensão (confrontar com o fato experimental) e possíveis diferenças nessas reações.
Dados: busque os dados de
e Kb da atuação desses hidretos em água na literatura.
Passo 1
O que o enunciado pede:
- Escrever as equações químicas que representam as possíveis interações do hidreto do bloco s (LiH) e do hidreto do bloco p (HF) com a água.
- Indicar qual interação tem maior extensão (ou seja, qual equilíbrio favorece mais produto), confrontando com o fato experimental (LiH produz soluções básicas; HF é ácido/fraco e tem comportamento oposto).
- Apontar possíveis diferenças qualitativas entre as reações.
Informações úteis / dados a usar (valores tomados da literatura em condições padrão, T = 25 ºC):
- Constante de autoionização da água:
. - Constante de dissociação ácida do fluorídrico:
(pKa ). - A base conjugada do HF é
; sua constante básica é . - Para estimar a extensão da reação envolvendo o ânion hidreto
(presente em LiH) com água, usa-se a relação de equilíbrio de transferência protônica baseada em pKa: para tem-se . - Valores de referência de pKa úteis:
(em água) e .
Passo 2
Equação química e química qualitativa para LiH com água — escrever a reação e explicá-la passo a passo.
Reação macroscópica (balanceada):
Explicação detalhada (mecanismo ácido-base simples):
- LiH é um hidreto iônico do tipo
. O íon é o verdadeiro agente que atua como base (aceita prótons). - A reação relevante em termos de transferência de próton é:
- O
gerado forma ao interagir com , e é liberado como gás (por isso a reação é violentamente exotérmica e parece “comer” água).
Passo 3
Estimativa da extensão da reação
usando pKa.
Regra de protonação (útil e prática): para a reação de transferência de próton
o equilíbrio tem constante
Aplicando ao caso
como base e
como ácido:
- Aqui
(pKa ) e (pKa ). - Portanto
Interpretação:
-
enorme indica que a reação favorece fortemente os produtos e . - Na prática, isso significa que o
desprotona água quase quantitativamente — LiH reage praticamente por completude com água, formando e . Isso explica o caráter fortemente básico da solução e o fato experimental de evolução de hidrogênio e formação de hidróxido de lítio.
Passo 4
Equação química e equilíbrio para HF em água — escrever e explicar.
Equilíbrio ácido do HF em água:
Constante de equilíbrio (dada):
Expressão de equilíbrio e significado:
-
. Valor menor que 1 indica dissociação parcial: HF é um ácido fraco. - A base conjugada
tem constante básica
ou seja,
é uma base muito fraca em água.
Passo 5
Comparação quantitativa das extensões: LiH vs HF
Números-chaves:
- Reação de
com água: (muito grande) ⇒ reação praticamente completa. - Dissociação de HF:
⇒ dissociação parcial; ⇒ base conjugada muito fraca.
Consequência prática (confronto com fato experimental):
- Adicionar
à água gera em grande quantidade (pela reação quase completa do ), então a solução torna-se fortemente básica — isto está de acordo com o fato experimental. - Adicionar
à água aumenta mas apenas parcialmente (HF é ácido fraco), portanto a solução torna-se ácida, não básica. Esse comportamento é antagonista ao de LiH, como afirmado.
Passo 6
Diferenças qualitativas e observáveis entre as reações (o “porquê” químico, na prática)
- Natureza do hidreto:
- LiH: hidreto iônico com
altamente básico (caráter hidreto verdadeiro); reage com água liberando e produzindo um hidróxido solúvel ( ). - HF: é um hidreto covalente do flúor que se comporta como ácido (fluoreto é a base conjugada), e HF em água não se dissocia completamente por ser relativamente estável como molécula hidrogenada (forte ligação H–F e forte interação de hidrogênio).
- Observações experimentais:
- LiH + H2O: efervescência (evolução de
), aquecimento, formação de solução fortemente alcalina; reação rápida/violenta com água. - HF + H2O: não há liberação de
; a solução é ácida e corrosiva; HF forma ligações de hidrogênio fortes com água e pode dar espécies como em presença de excesso de .
- Reversibilidade e produto isolável:
- LiH: reação praticamente irreversível em água (libera gás e consome o hidreto).
- HF: estabelece um equilíbrio; a porcentagem dissociada depende da concentração. Exemplo numérico: para
,
calcular aproximadamente a dissociação usandoe assumindo : ou seja, dissociação . Isso mostra quantitativamente que HF não se ioniza completamente.
Passo 7
Resumo didático (conectando tudo para a prova — regra prática)
- Se o reagente contém verdadeiramente o
(hidreto de metais alcalinos/terra-alcalinos), espere reação completa com água, formação de e — solução básica. Use a comparação de pKa para ver que a transferência protônica é fortemente favorecida. - Se o reagente é um hidreto de um elemento eletronegativo (como HF), espere comportamento ácido (dissociação parcial), com
pequeno comparado a 1; a solução ficará ácida e a base conjugada será fraca ( pequena). - Para comparar extensões de reações ácido–base, é muito prático transformar pKa em constantes de equilíbrio por
(como foi feito para vs água).