Calcule a concentração de todas as espécies moleculares e iônicas em uma solução 0,31 mol / L de NH4 Cl.

Passo 1

Beleza, vamos lá: o enunciado pede para calcular a concentração de todas as espécies (moleculares e iônicas) numa solução 0,31 mol/L de NH₄Cl. Isso envolve dois conteúdos principais:
  1. Dissociação de sais (NH₄Cl → NH₄⁺ + Cl⁻)
  2. Equilíbrio ácido-base (hidrolise do )
    Para resolver, vamos precisar da constante de ionização ácida do íon amônio ( ) e da constante de ionização da água ( ).

Passo 2

Primeiro, sala de aula básica de química: o cloreto de amônio é um sal forte combinado com uma base fraca (NH₃) e um ácido forte (HCl). Na água, ele se dissocia completamente:
NH4Cl (s) ;longrightarrow; NH4^+ (aq) ;+; Cl^- (aq)
Como a concentração inicial de NH₄Cl é 0,31 M, no momento após a dissolução e antes de qualquer reação de equilíbrio, temos:
[NH4^+]0 = 0,31;M, [Cl^-]0 = 0,31;M

Passo 3

Agora vem a hidrólise do cátion amônio, que é um ácido fraco:
NH4^+ + H2O ;<=ftharpoons; NH3 + H3O^+
A constante de ionização ácida Ka = KwKb(NH3) para Ka = 1,0times10^-141,8times10^-5 approx 5,6times10^-10 está relacionada à da amônia por
Usando e , temos

Passo 4

Montamos a tabela de equilíbrio para a reação de hidrólise:
Espécie Concentração inicial Variação Concentração de equilíbrio
Ka = [NH3],[H3O^+][NH4^+] ;approx; xcdot x0,31 - x ;approx; x^20,31 0,31 M
0
á á
Aqui á é a contribuição do autoionização da água (~ M), mas como vamos ver, será bem maior que isso, então dá pra desprezar á. O equilíbrio fica:
(no último passo usamos porque será muito pequeno ante 0,31).

Passo 5

Resolvendo para x^2 = Ka times 0,31 = (5,6times10^-10) times 0,31 approx 1,736times10^-10 :
x = raiz1,736times10^-10 approx 1,32times10^-5;M
[H3O^+] approx x = 1,32times10^-5;M Rightarrow pH approx 4,88
Então:
0,31 - x approx 0,31 - 0,0000132 approx 0,30999 ;M approx 0,31;M,
A concentração de [OH^-] = Kw[H3O^+] = 1,0times10^-141,32times10^-5 approx 7,6times10^-10;M formadinha também é M.
A concentração de no equilíbrio é
ou seja, muda pouquíssimo. E segue 0,31 M, pois não participa do equilíbrio ácido.
Por fim, a concentração de sai de

Resposta

[\mathrm{NH_{4}^{+}}] = 0{,}31 M
[\mathrm{Cl^{-}}] = 0{,}31 M
[\mathrm{NH_{3}}] = 1{,}32×10^{-5} M
[\mathrm{H_{3}O^{+}}] = 1{,}32×10^{-5} M
[\mathrm{OH^{-}}] = 7{,}6×10^{-10} M

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