Demonstre as diferentes formas apresentadas pelo CO2 em meios ácidos, neutros e básicos.

Passo 1

O enunciado pede para mostrar em que espécies químicas o CO2 aparece quando dissolvido em água, dependendo do pH do meio: ácido, neutro e básico. Vamos tratar o CO2 como um ácido de Lewis que, ao se hidratar, gera ácido carbônico e, em seguida, sofre dissociações ácidas. Precisaremos das constantes de dissociação:
H2CO3 <=ftharpoons H^+ + HCO3^-, pKa1approx6,3
HCO3^- <=ftharpoons H^+ + CO3^2-, pKa2approx10,3

Passo 2

Escrevemos primeiro a hidratação do CO2 em água, que na prática forma ácido carbônico (que a seguir chamaremos de H2CO3):
CO2 (aq) + H2O (l) ;<=ftharpoons; H2CO3 (aq)
Esse equilíbrio está deslocado para a esquerda (pouca fração vira realmente H2CO3), mas é ele que possibilita as dissociações.

Passo 3

A primeira dissociação do ácido carbônico é
H2CO3 <=ftharpoons H^+ + HCO3^-,
com pKa1approx6,3.
A segunda dissociação é
HCO3^- <=ftharpoons H^+ + CO3^2-,
com pKa2approx10,3.

Passo 4

Com base nos valores de pKa1 e pKa2, definimos as regiões de pH em que cada espécie predomina:
– pH < 6,3 (meio ácido): predomina CO2 (aq) e H2CO3.
– pH approx 6,3 10,3 (meio neutro): predomina HCO3^-.
– pH > 10,3 (meio básico): predomina CO3^2-.

Resposta

Em meio ácido (pH < 6,3): CO2 (aq) e H2CO3.
Em meio neutro ( 6,3 < pH < 10,3): HCO3^-.
Em meio básico (pH > 10,3): CO3^2-.

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