A constante de formação do complexo [FeY]^-é 1,3 times 10^25. Calcule a concentração de F e^3+ livre em uma solução 0,10 molL^-1 de F e Y^-em pH 4,0 e pH 1,0.

Passo 1

Resumo do Enunciado e Conteúdo Necessário
Vamos resolver um exercício de química envolvendo a constante de formação de um complexo. O enunciado nos diz que a constante de formação do complexo [FeY]^- é 1,3 times 10^25. Precisamos calcular a concentração de íons Fe^3+ livres em uma solução de 0,10, mol,L^-1 de FeY^- nos seguintes pHs: 4,0 e 1,0.
Conteúdo da Matéria:
  • Equilíbrio químico e constantes de formação.
  • Relação entre pH e concentração de íons hidrogênio ( H^+).
O que vamos precisar:
  • Entender como a constante de formação ( Kf) relaciona as concentrações dos reagentes e produtos no equilíbrio.
  • Usar a expressão da constante de formação para encontrar a concentração de Fe^3+.
  • Relacionar o pH da solução com a concentração de íons H^+, que pode afetar o equilíbrio.

Passo 2

Entendendo a Constante de Formação ( Kf)
A constante de formação ( Kf) para o complexo [FeY]^- é dada por:
Kf = [FeY^-][Fe^3+][Y^-]
Onde:
  • [FeY^-] é a concentração do complexo formado.
  • [Fe^3+] é a concentração dos íons ferro livres.
  • [Y^-] é a concentração do ligante Y livre.
Nosso objetivo é encontrar [Fe^3+], então vamos rearranjar a fórmula:
[Fe^3+] = [FeY^-]Kf [Y^-]

Passo 3

Relacionando pH com [Y^-]
O pH da solução afeta a concentração de íons hidrogênio ( H^+). Assumimos que o ligante Y pode se protonar, ou seja, reagir com H^+ para formar uma espécie protonada YH. Isso reduz a concentração de [Y^-] disponível para formar o complexo com Fe^3+.
A relação entre [Y^-] e [H^+] pode ser simplificada assumindo que:
[Y^-] = [Y]total1 + [H^+]Ka
Onde Ka é a constante de protonação de Y. No entanto, como Ka não foi fornecido, vamos simplificar e considerar que [Y^-] está inversamente relacionado com [H^+] diretamente.
Para simplificar, assumimos que [Y^-] [H^+], já que a protonação afeta diretamente a disponibilidade de Y para formar o complexo.

Passo 4

Calculando [Fe^3+] para Diferentes pH
Primeiro, calculamos a concentração de íons H^+ para cada pH:
[H^+] = 10^-pH
  • Para pH = 4,0:
    [H^+] = 10^-4 , mol,L^-1
  • Para pH = 1,0:
    [H^+] = 10^-1 , mol,L^-1
Agora, substituímos esses valores na expressão para [Fe^3+]:
[Fe^3+] = 0,101,3 times 10^25 times [H^+]
Calculando para cada pH:
  • pH = 4,0:
    [Fe^3+] = 0,101,3 times 10^25 times 10^-4 = 0,101,3 times 10^21 approx 7,69 times 10^-23 , mol,L^-1
  • pH = 1,0:
    [Fe^3+] = 0,101,3 times 10^25 times 10^-1 = 0,101,3 times 10^24 approx 7,69 times 10^-26 , mol,L^-1

Resposta

A concentração de Fe^3+ livre na solução é aproximadamente:
  • Em pH 4,0: 7,69 times 10^-23, mol,L^-1
  • Em pH 1,0: 7,69 times 10^-26, mol,L^-1

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