Escreva as equações químicas e as expressões de Ka para a ionização dos ácidos fracos a seguir em meio aquoso:
ácido carbônico,
.
ácido carbônico,
Passo 1
O enunciado pede duas coisas claras para o ácido carbônico
em meio aquoso:
- Escrever as equações químicas das ionizações (as reações de dissociação em água).
- Escrever as expressões de constante de acidez (
) correspondentes a cada etapa.
Informações relevantes que temos a partir do enunciado:
- O ácido em questão é
(ácido carbônico). - A ionização ocorre em água (meio aquoso).
- Devemos apresentar as reações e as expressões de
(uma para cada etapa de ionização).
Passo 2
Conceito básico: o que é uma constante de acidez
.
- Para uma reação genérica de um ácido fraco
em água:
a constante de acidez é definida por
onde
significa a concentração molar da espécie
no equilíbrio. Explicação dos símbolos:
-
: ácido não ionizado. -
: base conjugada (espécie resultante da perda de um próton). -
: íon hidrônio (equivalente a combinado com água).
Observação prática: a água líquida pura não aparece na expressão depois sua atividade é aproximadamente constante e é incorporada em .
Passo 3
Polipróticos e etapas sucessivas:
- Um ácido poliprótico pode doar mais de um próton em etapas sucessivas. Cada etapa tem sua própria constante
. - O ácido carbônico
é diprótico: doa um primeiro próton formando e pode doar um segundo próton formando . - Em geral,
(primeira dissociação) é maior que (segunda dissociação), porque remover o segundo próton de uma espécie já carregada negativamente é mais difícil.
Passo 4
Primeira ionização do
(perda do primeiro próton).
- Equação química em meio aquoso (usando
):
Explicação: a molécula de ácido doa um próton para a água formando o íon hidrônio
e o íon bicarbonato
.
- Expressão da constante de acidez para essa etapa (
):
Observações didáticas:
- Pode-se escrever a reação de forma equivalente usando
em vez de ; nesse caso a expressão fica
porque
e
são intercambiáveis na prática (quando se usa concentração).
Passo 5
Segunda ionização do
(realmente do íon bicarbonato
; perda do segundo próton).
- Equação química em meio aquoso:
Explicação: o íon bicarbonato doa um próton para a água, formando
e o íon carbonato
.
- Expressão da constante de acidez para essa segunda etapa (
):
Novamente, alternativamente usando
:
Passo 6
Dicas práticas e interpretação:
- Em cálculos de equilíbrio, usa-se
ou para obter o pH via . - Para resolver problemas numéricos com
frequentemente: tratar primeiro a primeira dissociação com ; a segunda dissociação pode ser tratada posteriormente (ou considerar aproximações quando for muito menor). - Observação sobre atividades: estritamente,
usa atividades; em soluções diluídas substituímos por concentrações .