A efedrina,
, pode ser encontrada em vários medicamentos que agem contra os sintomas da gripe. No entanto, quando associada à cafeína e a outras drogas, ela atua como estimulante do sistema nervoso central. Esse composto é uma base fraca que, em solução aquosa, ioniza-se segundo a equação abaixo:
a) Uma solução de efedrina foi preparada pela adição de
em
de água. Calcule as concentrações de
e
, em
, no equilíbrio, sabendo que o pH da solução é 11,33.
b) Calcule o valor de
da efedrina.
c) Após a reação acima ter atingido o equilíbrio, nas condições descritas no item a, 0,025 mol de hidróxido de sódio, NaOH , uma base forte, foi introduzido no recipiente da reação. Considerando que a adição de NaOH não altera o volume final da solução, calcule as concentrações de
e
, em
, quando o equilíbrio for restabelecido.
d) Explique o efeito da adição do NaOH na ionização da efedrina usando o Principio de Le Chatêlier e diga se é esperado um aumento ou uma diminuição do pH da solução.
b) Calcule o valor de
c) Após a reação acima ter atingido o equilíbrio, nas condições descritas no item a, 0,025 mol de hidróxido de sódio, NaOH , uma base forte, foi introduzido no recipiente da reação. Considerando que a adição de NaOH não altera o volume final da solução, calcule as concentrações de
d) Explique o efeito da adição do NaOH na ionização da efedrina usando o Principio de Le Chatêlier e diga se é esperado um aumento ou uma diminuição do pH da solução.
Passo 1
Vou listar claramente o que o enunciado nos dá e o que é pedido (peguei todos os números do enunciado).
-
Dados do enunciado:
- Foi dissolvido
mol de efedrina em de água. - A efedrina ioniza segundo
onde aqui representa e representa . - O pH da solução no equilíbrio é
.
- Foi dissolvido
-
O que o enunciado pede:
- (a) Calcular as concentrações em equilíbrio de
, e (em ). - (b) Calcular o valor de
da efedrina. - (c) Depois de atingir o equilíbrio do item (a), foram adicionados
mol de NaOH (volume final inalterado). Calcular as novas concentrações em equilíbrio de , e . - (d) Explicar o efeito da adição de NaOH pela regra de Le Chatêlier e dizer se espera aumento ou diminuição do pH (e justificar).
- (a) Calcular as concentrações em equilíbrio de
Passo 2
Conexão pH, pOH e
; cálculo de
a partir do pH fornecido.
-
Fórmulas básicas (explicação didática):
- O pH e o pOH estão relacionados por
Isso vem da definição de pH/pOH em água a . - A concentração de íons hidróxido é dada por
Aqui é a função potência decimal; o resultado tem unidades de .
- O pH e o pOH estão relacionados por
-
Cálculo:
Passo 3
Determinar as concentrações de
e
em equilíbrio usando este
(este passo usa conservação de massa simples).
- Raciocínio estequiométrico:
- Começamos com
mol de em , logo a concentração inicial total de base (antes de qualquer ionização) é - Se a ionização produziu
, cada íon vem de uma unidade de que virou . Portanto - A concentração de
que permanece não ionizada no equilíbrio é a diferença entre a quantidade inicial e a convertida:
- Começamos com
Passo 4
Cálculo de
usando as concentrações de equilíbrio e explicação do significado de
.
-
Definição e fórmula:
- A constante de basicidade
para a reação é dada por Aqui cada é a concentração molar no equilíbrio em .
- A constante de basicidade
-
Substituindo os valores que encontramos:Calcule passo a passo:
Passo 5
Preparação para o item (c): quantidades antes da adição de NaOH (convertendo concentrações em mols) e reação entre
e
que ocorre ao adicionar NaOH.
- Moles presentes antes da adição (volume
, então concentração = mol): - Adiciona-se
mol de NaOH (base forte). Logo moles extras de introduzidos: mol. - Reação imediata entre
(espécie ácida) e (forte base): Essa reação consome e em proporção , gerando .
Passo 6
Contabilizar a reação de neutralização e calcular as quantidades imediatas depois da neutralização (antes do novo equilíbrio), em mols e em concentrações (volume
).
-
Moles de
totais imediatamente após adição, antes da neutralização completa: -
disponível para reagir: mol. Essa quantidade será totalmente consumida porque . -
Depois da neutralização:
-
restante: mol. -
restante: mol. -
formado pelo consumo de : aumento em mol, logo - Observação: a soma
permanece mol (conservação da base total).
-
-
Convertendo para concentrações (volume
):
Passo 7
Calcular o novo equilíbrio químico após a adição (usar
e montar um pequeno ICE); explicar aproximação usada.
-
Montagem do equilíbrio (usando
como a fração que ioniza novamente após excesso de ): Inicialmente (após neutralização):
No equilíbrio, se ionizar: -
Aplicando a definição de
: Já encontramos. -
Aproximação justificável: como
e são bem maiores que -tipicamente pequenos-, espera-se muito pequeno comparado a esses números. Logo aproximamos e . Assim: Isolando: -
Cálculo numérico:A suposição
é válida ( ), então aproximação consistente.
Passo 8
Resultados finais do item (c): concentrações no novo equilíbrio e cálculo do novo pH; interpretação numérica.
- Concentrações em equilíbrio após a adição de NaOH:
- Cálculo do pH final (primeiro pOH, depois pH):
Passo 9
Explicação qualitativa pelo Princípio de Le Chatêlier (item d) e conclusão sobre o sinal do pH.
-
Interpretação pelo Princípio de Le Chatêlier:
- A adição de NaOH acrescenta
ao sistema. O equilíbrio da reação sofre uma perturbação pelo aumento de . Para contrariar essa perturbação, o equilíbrio desloca-se para a esquerda, consumindo e e formando (isso é exatamente o que ocorreu na neutralização inicial de com o adicionado). - Assim, a ionização da efedrina diminui (menos fração ionizada), ou seja, a adição de base fraca faz com que menos
esteja na forma .
- A adição de NaOH acrescenta
-
Efeito no pH:
- Como foi adicionada uma base forte em quantidade maior do que a quantidade de
presente, ficou um excesso considerável de livre na solução. Portanto o pH aumenta (tornou-se mais básico). - Numericamente o pH passou de
para aproximadamente .
- Como foi adicionada uma base forte em quantidade maior do que a quantidade de
Resposta
a)
b)
c)
d) A adição de NaOH desloca o equilíbrio para a esquerda (consome e forma mais
), diminuindo a ionização relativa da efedrina; espera-se aumento do pH (pH final ≈
).
b)
c)
d) A adição de NaOH desloca o equilíbrio para a esquerda (consome