Explique por que o pH de uma solução de um ácido forte
pode ser negativo.
Passo 1
O enunciado nos dá uma solução de um ácido forte 2,0 M e pede para explicar por que seu pH pode ser negativo. O conteúdo envolve a definição de pH como uma escala logarítmica e o fato de que, em soluções de ácidos fortes, ocorre dissociação completa, de modo que a concentração de prótons
é igual à concentração inicial do ácido.
Passo 2
Pela definição de pH temos
onde
é a atividade dos íons
. Em soluções diluídas costuma-se aproximar
.
Passo 3
Como o ácido é forte, ele se dissocia completamente, logo
Substituindo na expressão do pH:
Repare que
, então o pH fica negativo.
Passo 4
Na prática, em concentrações tão altas o valor exato de pH usa atividade real
e o coeficiente de atividade
é menor que 1. Mesmo assim, se
M pode ocorrer
e, portanto,
. Isso mostra que a escala de pH não é limitada a valores positivos nem ao intervalo usual de 0 a 14.
Resposta
O pH fica negativo porque a concentração de prótons é maior que
M, fazendo com que
seja menor que zero (no caso,
).