Considere as seguintes soluções aquosas:
I)
II)
III) Fenol
Para cada solução escreva as expressões do:
a)Balanço de massa
b)Balanço de carga
I)
II)
III) Fenol
a)Balanço de massa
b)Balanço de carga
Passo 1
O enunciado dá três soluções aquosas com suas concentrações e pede, para cada uma, as expressões do:
(a) balanço de massa; (b) balanço de carga.
(a) balanço de massa; (b) balanço de carga.
As soluções e concentrações dadas são:
- I)
com concentração . - II)
com concentração . - III) fenol (escrito aqui como
) com concentração .
O que preciso fornecer: para cada solução escrever a expressão que representa a conservação da massa do soluto (todas as formas químicas em que ele pode existir em solução) e a expressão que representa o balanço de cargas (soma das cargas positivas = soma das cargas negativas), incluindo os íons da água quando relevantes.
Passo 2
Rápida revisão didática (útil para montar os balanços):
- Balanço de massa: é a expressão que diz que a concentração total inicial do soluto (aquela que foi colocada na solução) se distribui entre todas as suas espécies presentes em equilíbrio na solução. Se o soluto pode existir nas formas
, , , etc., então o balanço de massa é a soma dessas concentrações igual à concentração total . - Balanço de carga: em solução eletrolítica neutra a soma das cargas positivas (concentrações ponderadas pelos seus coeficientes de carga) deve ser igual à soma das cargas negativas. Não esquecer os íons da água
e quando não houver contra-íons externos. - Em todas as fórmulas abaixo vou representar a concentração total do soluto por
ou por um subíndice específico (ex.: para o pirofosfato). Vou explicitar o que cada termo significa.
Exemplo rápido (monoprótico) para fixar a ideia: se tivéssemos um ácido fraco
com
inicial, o balanço de massa é
e o balanço de carga (considerando água) é
Agora aplicamos a mesma ideia aos três casos do enunciado.
Passo 3
Identificação das espécies:
- A forma inicial neutra:
. - Como este ácido pode perder até quatro prótons, as formas possíveis são:
, , , e .
Definição da concentração total do soluto: chamo-a de.
(a) Balanço de massa para
: a concentração total distribui-se em todas as espécies listadas, então
Comentário: cada termo é a concentração da espécie correspondente, em
.
(b) Balanço de carga para
: na solução neutra a soma das cargas positivas deve igualar a soma das negativas. Íons positivos presentes: apenas
(não há contra-íon externo). Íons negativos: as formas aniónicas do pirofosfato e o
da água. Assim:
Explicação do lado direito: cada espécie contribui com sua carga multiplicada pela respectiva concentração (por exemplo
contribui com
equivalentes de carga negativa).
Passo 4
Identificação das espécies relevantes no equilíbrio ácido-base:
- Base não protonada:
(chamo de ). - Forma protonada (íon):
(chamo de ).
Concentração total inicial do composto:.
(a) Balanço de massa:
Comentário: a etilamina não gera anions oriundos dela mesma, apenas a base e seu cátion conjugado.
(b) Balanço de carga:
- Cargas positivas:
e . - Cargas negativas:
(apenas o ânion significativo vindo da água).
Logo:
Explicação: aqui o lado esquerdo soma as concentrações dos cátions; o lado direito é a concentração de ânions (apenas
neste sistema simples).
Passo 5
Identificação das espécies:
- Fenol não dissociado:
(ácido fraco). - Fenol dissociado (fenóxido):
.
Concentração total inicial:.
(a) Balanço de massa:
Comentário: toda a quantidade de fenol está distribuída entre a forma molecular e o ânion fenóxido.
(b) Balanço de carga:
- Cátions:
. - Ânions:
e .
Portanto:
Explicação: soma das cargas positivas (apenas
) iguala soma das cargas negativas (fenóxido e hidroxila).
Passo 6
- Em situações reais pode-se acrescentar a constante de ionização da água
com se for necessário resolver numericamente as concentrações. - Sempre comece listando todas as espécies possíveis (todas as etapas de protonação/desprotonação) antes de escrever o balanço de massa.
- No balanço de carga, multiplique cada concentração pelo valor absoluto da carga da espécie (1 para
, 2 para , etc.). - Mantenha as equações em termos das concentrações das espécies (isso facilita montar as equações de equilíbrio químico depois, se precisar calcular valores numéricos).
Resposta
I (para
,
):
II (para
,
):
III (fenol,
):