(a) Escreva uma equação química que ilustre a auto-ionização da água. (b) Escreva a expressão para a constante do produto iônico da água, K. Por que [
] está ausente nessa expressão? (c) Uma solução é descrita como básica. O que significa essa afirmativa?
Resposta: (a)
(b)
A concentração de
é omitida porque a água é um líquido puro. A molaridade (mol/L) de sólidos ou líquidos puros não muda à medida que o equilíbrio é estabelecido, por isso geralmente é omitida das expressões de equilíbrio.
(c) Se uma solução é básica, ela contém mais
do que
Resposta: (a)
(b)
(c) Se uma solução é básica, ela contém mais
Passo 1
O enunciado pede três coisas claras:
- (a) Escrever a equação química que ilustra a auto-ionização da água.
- (b) Escrever a expressão para a constante do produto iônico da água
(normalmente chamada de ) e explicar por que a concentração de está ausente nessa expressão. - (c) Explicar o que significa dizer que uma solução é básica.
Informações dadas implicitamente: estamos lidando com a reação de auto-ionização da água líquida em contato consigo mesma e com as concentrações molares de íons
e
.
Passo 2
Vamos escrever a equação química da auto-ionização da água. A água em certo grau se ioniza formando íons hidrônio/hidrogênio e hidróxido. A equação balanceada e convencional é:
Explicação curta: a seta dupla indica equilíbrio (reação ocorre nos dois sentidos). O estado físico entre parênteses indica que a água é líquida pura e os íons estão em solução aquosa.
Passo 3
Agora a expressão do equilíbrio. A lei da ação das massas diz que, para uma reação:
o constante de equilíbrio
(em termos de concentrações) é a razão entre o produto das concentrações dos produtos elevados aos seus coeficientes estequiométricos e o produto das concentrações dos reagentes elevados aos seus coeficientes. Aplicando isso diretamente à reação da água teríamos, em princípio,
onde cada parêntese quadrado
significa concentração molar (mol·L
) daquela espécie no equilíbrio.
Passo 4
Por que normalmente usamos
sem
? Aqui entra um conceito importante: em equilibrios heterogêneos (quando aparecem fases diferentes, como sólido ou líquido puro), a concentração efetiva (mais corretamente, a atividade) de uma fase pura é constante e pode ser tomada como 1. A água em
é um líquido puro (o solvente em grande excesso), então sua atividade é aproximadamente 1 e sua concentração “constante” não muda com o estabelecimento do equilíbrio. Portanto, o fator
é agrupado na constante e obtemos a forma prática:
ou seja,
é a constante produto iônico da água. Em termos mais formais, a expressão inicial com
já existe, mas como
é praticamente constante, definimos
, resultando na forma sem
.
Passo 5
Complemento prático útil para a prova: a razão acima é válida porque usamos concentrações; em tratamentos mais precisos usa-se atividades químicas, e a atividade de um líquido puro é igual a
. Assim retiramos a água da expressão de forma justificada pela termodinâmica básica de equilíbrios heterogêneos.
Passo 6
Valor numérico (apenas para contexto): a
a constante produto iônico da água é
ou seja, em água pura
.
Passo 7
O que significa dizer que uma solução é básica? Significa que, comparando as concentrações molares dos íons, há excesso de íons hidróxido em relação aos hidrogênios livres. Em símbolos:
Dessa desigualdade segue que o
é maior que
(a
), porque
e
a
. Em palavras: solução básica = mais
que
, sensação prática: reage como base (aceita prótons ou fornece pares de elétrons, dependendo da definição usada).
Resposta
(a)
(b) .
está ausente porque a água líquida pura tem atividade/concentração efetiva constante (igual a 1) e por isso é incorporada na constante.
(c) Significa que (equivalente a
a
).
(b)
(c) Significa que