Calcule a
em cada solução seguinte e caracterize a solução como ácida, alcalina ou neutra:
Passo 1
O que o exercício pede: calcular a concentração de íons hidrogênio
na solução e caracterizar a solução como ácida, alcalina ou neutra.
Informação dada: .
Observação: não foi dada outra temperatura, então vamos assumir a temperatura padrão de laboratório , onde a constante de ionização da água é
(essa relação é necessária para relacionar
e
).
Informação dada:
Observação: não foi dada outra temperatura, então vamos assumir a temperatura padrão de laboratório
Passo 2
Fórmulas e conceitos que vamos usar (com explicação didática):
- Equilíbrio água: a água se ioniza pouco segundo a reação
. A constante produto iônico da água é
Aqui
e
são as concentrações molares (mol/L) dos íons. Em
usamos
.
- Da equação acima isolamos
:
Isso é direto e é a forma mais simples de calcular
quando você conhece
.
- Para caracterizar a solução como ácida, neutra ou básica usamos o pH:
Regra prática: se
a solução é ácida;
neutra;
básica (a 25ºC). Também podemos usar
e
a 25ºC.
Passo 3
Cálculo direto de
usando a relação produto iônico:
Agora vamos manipular a potência de dez separadamente (isso facilita o cálculo sem calculadora).
Passo 4
Trabalhando com mantissas e potências de 10 separadamente:
Agora calculamos a divisão das mantissas
. Sem calculadora, faça assim:
(você pode dividir 10 por 82 e deslocar a vírgula), então
Ajustando para notação científica padrão (uma só casa antes da vírgula):
Arredondando para três algarismos significativos (suficiente para provas):
Passo 5
Cálculo do
para caracterizar a solução (método prático usando
):
Primeiro calcule .
Primeiro calcule
Use a propriedade do logaritmo:
. Então
Agora precisamos de
. Uma maneira prática sem calculadora:
(usamos
, valor muito comum).
Note que , então
. Para
fazemos uma aproximação usando expansão:
para
pequeno, e
. Aqui
,
, dividindo por
dá
. Portanto
Note que
(Nota: usei
com mais casas para melhor precisão.)
Logo
E como
(a
):
Passo 6
Interpretação final:
, que é menor que
. Portanto a solução é ácida. Dica prática: se
então a solução é ácida; se
é neutra; se
é básica. No nosso caso
, confirmando ácido.
Resposta
Solução: ácida (pH