Calcule o pH
Mistura de 10 ml de
com 10 ml de
Mistura de 10 ml de
Passo 1
Beleza, primeiro vamos resumir o que a questão pede e quais conteúdos vamos usar.
Enunciado: “Calcule o pH de uma mistura de 10 mL de H₂CO₃ 0,1 mol/L com 10 mL de NaOH 0,1 mol/L.”
Conteúdo: equilíbrio ácido‐base, ácido diprótico (o H₂CO₃ tem duas etapas de dissociação) e solução anfiprótica (bicarbonato, HCO₃⁻).
O que vamos precisar:
Enunciado: “Calcule o pH de uma mistura de 10 mL de H₂CO₃ 0,1 mol/L com 10 mL de NaOH 0,1 mol/L.”
Conteúdo: equilíbrio ácido‐base, ácido diprótico (o H₂CO₃ tem duas etapas de dissociação) e solução anfiprótica (bicarbonato, HCO₃⁻).
O que vamos precisar:
- Calcular moles reagentes e reação de neutralização;
- Ver que sobra apenas HCO₃⁻ em solução;
- Usar a fórmula do pH para substância anfiprótica: pH = (pKa₁ + pKa₂)/2.
Passo 2
Calcular quantos moles de H₂CO₃ e OH⁻ temos:
– Volume H₂CO₃ = 10 mL = 0,010 L; concentração = 0,10 mol/L ⇒ n(H₂CO₃) = 0,010 L × 0,10 mol/L = 0,0010 mol.
– Volume NaOH = 10 mL = 0,010 L; concentração = 0,10 mol/L ⇒ n(OH⁻) = 0,010 L × 0,10 mol/L = 0,0010 mol.
– Volume H₂CO₃ = 10 mL = 0,010 L; concentração = 0,10 mol/L ⇒ n(H₂CO₃) = 0,010 L × 0,10 mol/L = 0,0010 mol.
– Volume NaOH = 10 mL = 0,010 L; concentração = 0,10 mol/L ⇒ n(OH⁻) = 0,010 L × 0,10 mol/L = 0,0010 mol.
Passo 3
Escrever a reação de neutralização (uma base forte consumindo um próton do ácido diprótico):
H₂CO₃ + OH⁻ → HCO₃⁻ + H₂O
Como os dois vêm na mesma quantidade de mol (0,0010 mol), toda a base vai reagir com parte do H₂CO₃, gerando exatamente 0,0010 mol de HCO₃⁻ e consumindo 0,0010 mol de H₂CO₃.
Sobram 0 mol de H₂CO₃ e 0 mol de OH⁻; só temos 0,0010 mol de HCO₃⁻.
H₂CO₃ + OH⁻ → HCO₃⁻ + H₂O
Como os dois vêm na mesma quantidade de mol (0,0010 mol), toda a base vai reagir com parte do H₂CO₃, gerando exatamente 0,0010 mol de HCO₃⁻ e consumindo 0,0010 mol de H₂CO₃.
Sobram 0 mol de H₂CO₃ e 0 mol de OH⁻; só temos 0,0010 mol de HCO₃⁻.
Passo 4
Volume total da mistura = 10 mL + 10 mL = 20 mL = 0,020 L.
Concentração de HCO₃⁻ = 0,0010 mol / 0,020 L = 0,050 mol/L.
O íon HCO₃⁻ é anfiprótico (pode agir como ácido ou base):
H₂CO₃ ⇌ H⁺ + HCO₃⁻ (Ka₁ ≈ 4,3·10⁻⁷, pKa₁ ≈ 6,37)
HCO₃⁻ ⇌ H⁺ + CO₃²⁻ (Ka₂ ≈ 5,6·10⁻¹¹, pKa₂ ≈ 10,25)
Para solução só com a forma anfiprótica (HCO₃⁻), existe uma fórmula direta que diz:
pH = (pKa₁ + pKa₂) / 2
Concentração de HCO₃⁻ = 0,0010 mol / 0,020 L = 0,050 mol/L.
O íon HCO₃⁻ é anfiprótico (pode agir como ácido ou base):
H₂CO₃ ⇌ H⁺ + HCO₃⁻ (Ka₁ ≈ 4,3·10⁻⁷, pKa₁ ≈ 6,37)
HCO₃⁻ ⇌ H⁺ + CO₃²⁻ (Ka₂ ≈ 5,6·10⁻¹¹, pKa₂ ≈ 10,25)
Para solução só com a forma anfiprótica (HCO₃⁻), existe uma fórmula direta que diz:
pH = (pKa₁ + pKa₂) / 2
Passo 5
Substituindo os valores de pKa₁ e pKa₂:
pH = (6,37 + 10,25) / 2 = 16,62 / 2 = 8,31
pH = (6,37 + 10,25) / 2 = 16,62 / 2 = 8,31
Resposta
O pH da mistura é aproximadamente 8,31.