Escreva as equações químicas e as expressões de Ka para a ionização dos ácidos fracos a seguir em meio aquoso:
ácido hipocloroso HClO ;

Passo 1

O enunciado pede duas coisas para o ácido hipocloroso \mathrm{HClO} em meio aquoso:
  • Escrever a (as) equação(ões) química(s) que representam a ionização do ácido em água.
  • Escrever a expressão da constante de acidez K_a correspondente a essa ionização.
    Informação dada: ácido fraco \mathrm{HClO}. Não há outras quantidades numéricas fornecidas.

Passo 2

Primeira coisa prática: como um ácido fraco ioniza em água. O ácido genérico \mathrm{HA} reage com a água formando íon hidronio e a base conjugada \mathrm{A^-}. No caso específico, a reação escrita de forma completa em meio aquoso é:
\mathrm{HClO} + \mathrm{H_2O} \rightleftharpoons \mathrm{H_3O^+} + \mathrm{ClO^-}
Expliquei cada espécie:
  • \mathrm{HClO} é o ácido hipocloroso (espécie inicial).
  • \mathrm{H_2O} é a água do solvente que recebe o próton.
  • \mathrm{H_3O^+} é o íon hidronio (forma real do próton em solução aquosa).
  • \mathrm{ClO^-} é a base conjugada do ácido (íon hipoclorito).

Passo 3

Por que escrevemos com \mathrm{H_3O^+}? Porque em água o próton não existe livremente: ele está coordenado a moléculas de água formando \mathrm{H_3O^+} (ou mesmo estruturas mais hidratadas). Em muitos exercícios também se usa a forma simplificada \mathrm{H^+}; ambas são aceitas desde que fique claro o significado. A forma alternativa é:
\mathrm{HClO} \rightleftharpoons \mathrm{H^+} + \mathrm{ClO^-}

Passo 4

Agora a definição da constante de acidez K_a. Para a reação em que o ácido \mathrm{HClO} doa um próton e forma \mathrm{ClO^-}, a expressão de equilíbrio (baseada em atividades, que em química analítica e ensino costuma ser aproximada por concentrações molares) é:
K_a = \frac{[\mathrm{H_3O^+}]\,[\mathrm{ClO^-}]}{[\mathrm{HClO}]}
Explanação das notações:
  • Em [ \,\cdot\, ] estão as concentrações molares em equilíbrio (unidade usual \mathrm{mol\;L^{-1}}), por exemplo [\mathrm{HClO}] é a concentração de ácido não ionizado no equilíbrio.
  • K_a é a constante (sem unidade definida se usar atividades; com concentrações pode ter unidade implícita dependendo da reação) que mede a tendência do ácido em doar próton: quanto maior K_a, mais forte o ácido; quanto menor, mais fraco.

Passo 5

Expressão equivalente usando \mathrm{H^+} em vez de \mathrm{H_3O^+}. Como muitas questões de prova usam \mathrm{H^+} por simplicidade, a expressão prática fica:
K_a = \frac{[\mathrm{H^+}]\,[\mathrm{ClO^-}]}{[\mathrm{HClO}]}
Observação didática: usar \mathrm{H^+} facilita contas escritas, mas lembre-se mentalmente que se trata de \mathrm{H_3O^+} em solução aquosa.

Passo 6

Como isso é aplicado em prova (passo-a-passo prático para calcular pH quando houver concentração inicial): suponha que a concentração inicial de \mathrm{HClO} seja C (mol·L^{-1}) e que inicialmente não haja \mathrm{H_3O^+} nem \mathrm{ClO^-} além da água. Monta-se uma tabela ICE (Initial, Change, Equilibrium):
  • Inicial: [\mathrm{HClO}]=C,\;[\mathrm{H_3O^+}]\approx 0,\;[\mathrm{ClO^-}]=0.
  • Variação: \mathrm{HClO} perde x, [\mathrm{H_3O^+}] e [\mathrm{ClO^-}] ganham x.
  • Equilíbrio: [\mathrm{HClO}]=C-x,\;[\mathrm{H_3O^+}]=x,\;[\mathrm{ClO^-}]=x.
    Substituindo na expressão de K_a:
K_a=\frac{x\cdot x}{C-x}=\frac{x^2}{C-x}.
Se o ácido for fraco e x\ll C, usa-se a aproximação C-x\approx C, ficando
x\approx\sqrt{K_a\,C}.
Então [\mathrm{H_3O^+}]=x e \mathrm{pH} = -\log_{10} [\mathrm{H_3O^+}]. Se x não for muito menor que C, resolve-se a equação quadrática exata:
x^2 + K_a x - K_a C = 0
ou diretamente da forma original resolvendo para x (usar a fórmula de Bhaskara).

Passo 7

Dicas rápidas para a prova (motivação amiga):
  • Sempre escreva a reação com \mathrm{H_2O} e \mathrm{H_3O^+} se quiser ser rigoroso.
  • Memorize a forma geral da expressão: produto de concentrações dos produtos sobre concentração do reagente ácido.
  • Ao fazer contas, use a tabela ICE e a aproximação x\ll C com cuidado: cheque depois se x/C<0,05 (ou 5\%) para validar a aproximação; caso contrário, resolva a quadrática.
  • Respira fundo: escrever corretamente a reação e a expressão de K_a vale muitos pontos e é direto quando decorado e praticado.

Resposta

\mathrm{HClO} + \mathrm{H_2O} \rightleftharpoons \mathrm{H_3O^+} + \mathrm{ClO^-}
K_a = \frac{[\mathrm{H_3O^+}]\,[\mathrm{ClO^-}]}{[\mathrm{HClO}]}
(forma alternativa)
\mathrm{HClO} \rightleftharpoons \mathrm{H^+} + \mathrm{ClO^-}
K_a = \frac{[\mathrm{H^+}]\,[\mathrm{ClO^-}]}{[\mathrm{HClO}]}

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