Imagine que você está trabalhando em um laboratório e o seu chefe pede para produzir 3 soluçōes de
.
Qual a concentração de uma solução de
para se ter esse pH
Qual a concentração de uma solução de
Passo 1
O enunciado pede: produzir soluções de pH igual a
; usando apenas cloreto de amônio (
). A pergunta específica: qual a concentração de uma solução de
para se ter esse pH?\
Informações relevantes fornecidas ou que usaremos (sem resolver ainda):\
pH desejado:
.\
sal:
fornece o íon
em solução aquosa.\
constantes químicas necessárias (valores típicos a
):
e
.\
Nada mais será assumido sem explicação nas próximas etapas.
Informações relevantes fornecidas ou que usaremos (sem resolver ainda):\
Nada mais será assumido sem explicação nas próximas etapas.
Passo 2
Entendendo o que acontece quimicamente (aula rápida):\
em água se dissocia completamente em
e
. O
é base conjugada de ácido forte e não interfere no pH. Já
é o ácido conjugado da base fraca
e sofre hidrólise ácida:
Definição de constante ácida para esse equilíbrio:
Relação entre
e
da base conjugada:
Aqui eu expliquei o porquê dessa fórmula:
é o produto iônico da água e conecta as constantes conjugadas ácido/base.
Passo 3
Calcular
de
usando os valores dados:\
Explicação: dividimos os valores em notação científica. O resultado é um número muito pequeno, o que indica que
é um ácido fraco (praticamente não se dissocia).
Passo 4
Relacionar o pH pedido com a concentração de íons
:\
pH é definido por . Assim, para
temos
pH é definido por
Comentário didático: esse é o número de mols de
por litro que queremos na solução.
Passo 5
Usar a expressão de
para ligar
,
e
. Pelo equilíbrio,
Isolando
obtemos
Explicação do que cada termo significa:
é a concentração de íon amônio no equilíbrio;
é a concentração de amônia formada pela hidrólise;
é a concentração já fixada pelo pH desejado.
Passo 6
Relacionar as concentrações por estequiometria simples da hidrólise: cada
que se dissocia gera uma
e um
. Se partimos de uma concentração inicial
de
(igual à concentração inicial de
), e se
for a fração dissociada, então
No nosso caso o pH fixou
, então
. Não consideramos a contribuição da autoionização da água porque
.
Passo 7
Substituir
e
na fórmula de
:
Fazendo a divisão (organizando potências de 10):
Passo a passo da conta: dividir
por
equivale a dividir
por
(≈0,180) e multiplicar por
, o que dá ≈
.
Passo 8
Calcular a concentração total inicial
de
: lembrando que
,
Comentário: o termo
é desprezível frente a
.
Passo 9
Interpretação física e conclusão prática (motivação para a prova): o valor encontrado
é absurdamente alto. Para ver por que é impossível:
a concentração máxima teórica de espécies num litro de solução é limitada pela concentração de moléculas de água pura, que é cerca de
.\
é muito maior que
, logo é fisicamente impossível em solução aquosa.\
Portanto, na prática não se consegue obter pH apenas com
em água; para alcançar pH tão ácido é necessário usar um ácido forte ou um tampão apropriado.
Portanto, na prática não se consegue obter pH