Considere as substâncias da tabela abaixo e os respectivos valores de suas constantes de ionização,
, a
:
Substância
Fórmula
Anilina
Morfina
Y
Metilamina
Estricnina
a) Calcule o grau de ionização da metilamina preparada pela adição de
desta sustância em água, formando uma solução de volume final de
, sabendo que o pH da solução resultante, no equilíbrio, é 11,8. O equilíbrio de ionização da metilamina é representado na equação abaixo.
b) Após a adição de hidróxido de sódio, NaOH , uma base forte, ao sistema em equilíbrio mencionado no item a, explique o que ocorre com o valor de
e com a concentração da espécie
quando o equilíbrio for restabelecido.
c) Considere um volume de
de uma solução aquosa contendo
de morfina. Calcule o
da reação de ionização da morfina, representada abaixo, sabendo que, no equilíbrio, restam
da morfina na forma não ionizada.
d) Dentre as substâncias anilina, morfina e estricnina, explique qual é a base mais fraca.
| Substância | Fórmula |
|
| Anilina |
|
|
| Morfina |
|
Y |
| Metilamina |
|
|
| Estricnina |
|
|
c) Considere um volume de
Passo 1
Vou listar com calma o que o enunciado dá e o que ele pede, sem resolver nada ainda.
-
Dados gerais fornecidos:
- Para a anilina:
. - Para a morfina:
(valor a ser calculado no item c). - Para a metilamina:
. - Para a estricnina:
.
- Para a anilina:
-
Item (a) — o que pede:
- Foi dissolvida
de metilamina em água e o volume final da solução é . - No equilíbrio mediu-se
. - Pede-se: calcular o grau de ionização (α) da metilamina na solução.
- Reação de ionização dada:
- Foi dissolvida
-
Item (b) — o que pede:
- Após adicionar NaOH (base forte) ao equilíbrio do item (a), explicar o que ocorre com o valor de
e com a concentração de quando o equilíbrio se restabelecer.
- Após adicionar NaOH (base forte) ao equilíbrio do item (a), explicar o que ocorre com o valor de
-
Item (c) — o que pede:
- Volume
com de morfina inicialmente. - No equilíbrio, restam
da morfina não ionizada. - Pede-se: calcular
da ionização:
- Volume
-
Item (d) — o que pede:
- Entre anilina, morfina e estricnina, indicar qual é a base mais fraca (usar os
e justificar qualitativamente).
- Entre anilina, morfina e estricnina, indicar qual é a base mais fraca (usar os
Passo 2
Resolvendo o item (a) passo a passo. Primeiro transformo os dados em concentrações e uso a relação entre
,
e concentração de
.
-
Concentração inicial da metilamina
: Explicação rápida: concentração molares são moles divididos pelo volume em litros; aqui fica. -
Relação entre
e : Explicação: a somaa é uma relação padrão da água. -
Converter
em concentração de : Calculo numérico:. O fator . Portanto -
Interpretação do equilíbrio da base fraca:
- Se chamarmos
a quantidade ionizada (em mol·L^{-1}), temos no equilíbrio: - Grau de ionização
é definido por - Aqui podemos identificar
(a contribuição de da autoionização da água é desprezível comparada a este valor).
- Se chamarmos
-
Calculando
: Transformando em porcentagem:Explicação: isso significa que aproximadamentedas moléculas de metilamina ionizaram em íons e .
Passo 3
Verificação via
(checagem útil para a prova e para entender consistência numérica).
-
Fórmula para
de uma base fraca: Aqui, é a concentração inicial da base não ionizada. -
Substituindo os números para metilamina:
- Comparando com o valor tabulado
, vemos que o resultado está coerente (pequena diferença devido a arredondamentos e à aproximação da contribuição de da água). Isso reforça que o uso de vindo do foi consistente.
Passo 4
Resolvendo o item (b): efeito da adição de NaOH sobre
e sobre
.
-
Conceito chave:
é uma constante de equilíbrio que depende somente da temperatura. Se a temperatura permanecer , o valor numérico de NÃO muda ao se adicionar reagentes ou produtos. - Explicação didática: constantes de equilíbrio são propriedades termodinâmicas (à temperatura fixa); perturbações do sistema (adição de reagente/produto, mudança de concentração, pressão) deslocam o equilíbrio, mas não alteram a constante em si.
-
Efeito da adição de NaOH:
- A adição de NaOH aumenta imediatamente
no sistema. - Pela regra de Le Chatelier: o aumento de produto (
) desloca o equilíbrio para a esquerda, isto é, favorece a reação inversa: - Consequência: parte do
é consumida, formando mais . Então a concentração de aumenta até que um novo equilíbrio seja estabelecido. - Grau de ionização (fração ionizada) da base diminui, porque a presença adicional de
inibe a formação de mais íons pela base (efeito do íon comum).
- A adição de NaOH aumenta imediatamente
Passo 5
Resolvendo o item (c) passo a passo para calcular
da morfina.
-
Concentração inicial da morfina
: -
Informação sobre ionização:
da morfina permanece não ionizada no equilíbrio. Logo a fração ionizada é Explicação: se 85,0% está não ionizada, os outros 15,0% sofreram ionização. -
Quantidade ionizada em mol·L^{-1}:Aqui
. -
Concentração da base não ionizada no equilíbrio:
-
Aplicando a expressão de
: Substituindo:Interpretação: a morfina tembastante maior que o da anilina e da estricnina, ou seja, é uma base relativamente mais forte entre elas.
Passo 6
Resolvendo o item (d): qual é a base mais fraca entre anilina, morfina e estricnina?
-
Valores conhecidos/computados:
- Anilina:
. - Morfina:
(obtido no item c). - Estricnina:
.
- Anilina:
-
Comparação: base mais fraca é a que tem menor
. Ordenando do menor para o maior: Conclusão: a anilina é a base mais fraca. -
Explanação qualitativa (didática e curta):
- Anilina tem o par de elétrons do nitrogênio parcialmente deslocalizado no anel aromático por ressonância; isso diminui muito a disponibilidade do par para aceitar próton, reduzindo fortemente sua basicidade (portanto Kb muito pequeno).
- Morfina tem grupos e um nitrogênio cuja basicidade é maior (par pouco deslocalizado, ambiente menos desativador), por isso Kb maior.
- Estricnina está entre as duas (Kb intermediário).
Resposta
(a)
.
(b) permanece inalterado (mesma temperatura);
aumenta (o equilíbrio desloca-se para a esquerda) e o grau de ionização da base diminui.
(c) .
(d) A base mais fraca é a anilina.
(b)
(c)
(d) A base mais fraca é a anilina.