EXERCÍCIOS: Produto de solubilidade
10) O que acontece quando se dissolve
\mathrm{H}{2} \mathrm{SO}{4} concentrado numa solução saturada de
\mathrm{BaSO}_{4} ?

Passo 1

O enunciado pergunta o que acontece quando se adiciona ácido sulfúrico concentrado ( \mathrm{H_2SO_4}) a uma solução já saturada em sulfato de bário ( \mathrm{BaSO_4}). Informações dadas:
  • Há uma solução saturada de \mathrm{BaSO_4}: isso significa que a solubilidade de \mathrm{BaSO_4} já alcançou o equilíbrio com o sólido remanescente.
  • Vamos adicionar \mathrm{H_2SO_4} concentrado, ou seja, aumentar muito a concentração de prótons \mathrm{H^+} e introduzir espécies derivadas do ácido sulfúrico (como \mathrm{HSO_4^-} e \mathrm{SO_4^{2-}}, dependendo da dissociação).
    A pergunta é qualitativa: a solução vai dissolver mais \mathrm{BaSO_4}, vai precipitar mais, ou ficará igual?

Passo 2

Escrevendo a reação de equilíbrio de dissolução do sal pouco solúvel:
\mathrm{BaSO_4(s)} \rightleftharpoons \mathrm{Ba^{2+}(aq)} + \mathrm{SO_4^{2-}(aq)}
Definimos o produto de solubilidade K_{sp} como
K_{sp} = [\mathrm{Ba^{2+}}]\,[\mathrm{SO_4^{2-}}].
Explicação didática: K_{sp} é uma constante para essa temperatura que diz que, numa solução saturada em equilíbrio, o produto das concentrações molares dos íons deve ser igual a K_{sp}. Se o produto for menor que K_{sp}, o sólido tende a dissolver-se; se for maior, tende a precipitar.

Passo 3

Agora escrevemos a reação de protonação do ânion sulfato na presença de ácido:
\mathrm{SO_4^{2-}(aq)} + \mathrm{H^+(aq)} \rightleftharpoons \mathrm{HSO_4^-(aq)}.
Explicação didática: \mathrm{H_2SO_4} é um ácido forte na primeira dissociação e um ácido razoavelmente forte na segunda (a segunda constante de acidez K_{a2} tem ordem de 10^{-2}). Isso significa que, em solução ácida, parte do \mathrm{SO_4^{2-}} é convertida em \mathrm{HSO_4^-}. Ou seja, ao aumentar [\mathrm{H^+}] a concentração de \mathrm{SO_4^{2-}} livre diminui porque o equilíbrio de protonação desloca-se para a direita.

Passo 4

Aplicando Le Châtelier ao sistema inteiro: se a protonação reduz [\mathrm{SO_4^{2-}}], então o produto [\mathrm{Ba^{2+}}]\,[\mathrm{SO_4^{2-}}] fica menor que K_{sp}. Para restaurar o equilíbrio (igualar ao K_{sp}), a concentração [\mathrm{Ba^{2+}}] precisa aumentar. Como se aumenta [\mathrm{Ba^{2+}}]? Pela dissolução de mais \mathrm{BaSO_4(s)}. Conclusão qualitativa principal: diminuir [\mathrm{SO_4^{2-}}] por protonação faz com que mais \mathrm{BaSO_4} se dissolva.

Passo 5

Comentário sobre o possível pensamento “mas estou adicionando sulfato com o ácido, então não seria efeito de íon comum que diminuiria a solubilidade?” Bom ponto — ao adicionar \mathrm{H_2SO_4} você traz o anidrido sulfato total, mas na água a maior parte estará na forma protonada \mathrm{HSO_4^-}, não na forma dupla carregada \mathrm{SO_4^{2-}}. O efeito dominante é a redução da fração de \mathrm{SO_4^{2-}} livre, não um aumento limpo de [\mathrm{SO_4^{2-}}]. Logo, o efeito de protonação vence e a solubilidade aumenta. Além disso, em soluções muito ácidas a força iônica e coeficientes de atividade mudam, mas isso normalmente não inverte a tendência: a solubilidade aumenta.

Passo 6

Vou ilustrar com um cálculo simples (raciocínio estimativo) para você ver o tamanho do efeito. Suponha que o K_{sp} de \mathrm{BaSO_4} seja da ordem de 10^{-10} (valor típico). Numa solução saturada sem ácido temos
[\mathrm{Ba^{2+}}]=[\mathrm{SO_4^{2-}}]=s,\quad s^2 \approx 10^{-10}\Rightarrow s\approx 10^{-5}\,\text{M}.
Se ao adicionar ácido a maior parte do \mathrm{SO_4^{2-}} for convertida em \mathrm{HSO_4^-} e a concentração efetiva de \mathrm{SO_4^{2-}} ficar, digamos, em 10^{-7}\,\text{M}, então para manter K_{sp}
[\mathrm{Ba^{2+}}]=\dfrac{K_{sp}}{[\mathrm{SO_4^{2-}}]}\approx \dfrac{10^{-10}}{10^{-7}}=10^{-3}\,\text{M},
ou seja, [\mathrm{Ba^{2+}}] aumenta muito (de 10^{-5} para 10^{-3} M) — isso é dissolução apreciável do sal sólido. O número aqui é só ilustrativo, para mostrar que a alteração pode ser grande.

Passo 7

Observações finais e prática experimental: na prática, ao pingar \mathrm{H_2SO_4} concentrado numa suspensão saturada de \mathrm{BaSO_4} você verá o sólido dissolver-se mais (a solução ficará mais carregada de \mathrm{Ba^{2+}} e de \mathrm{HSO_4^-}). Tenha cuidado: trabalhar com ácido concentrado é perigoso; estou só explicando a química por trás do fenômeno. Animação: é o clássico “remover o ânion por transformação química” e forçar o sal pouco solúvel a se dissolver — truque de químico!

Resposta

A solubilidade de \mathrm{BaSO_4} aumenta: o \mathrm{H^+} do \mathrm{H_2SO_4} protona \mathrm{SO_4^{2-}} formando \mathrm{HSO_4^-}, reduzindo [\mathrm{SO_4^{2-}}] livre e deslocando o equilíbrio de dissolução \mathrm{BaSO_4(s)}\rightleftharpoons\mathrm{Ba^{2+}}+\mathrm{SO_4^{2-}} para a direita, ou seja, mais \mathrm{BaSO_4} dissolve.

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