Indique se um ácido carboxílico com
estará predominantemente em sua forma ácida ou básica em soluções com os seguintes valores de pH :
Passo 1
O enunciado dá as seguintes informações e faz a seguinte pergunta:
- Dado: um ácido carboxílico com
. - Condição da solução:
. - Pergunta: em qual forma a espécie estará predominantemente — na forma ácida (protonada,
) ou na forma básica (desprotonada, )?
Passo 2
Vamos entender as relações químicas e matemáticas que vamos usar (calma, explico com calma).
- Um ácido fraco pode ser escrito como
(forma protonada) que se dissocia em e (forma desprotonada):
- A constante de dissociação ácida é
onde
é a concentração de íons hidrônio (ou prótons),
a concentração da base conjugada e
a concentração do ácido não dissociado.
- O
é definido por
- A fórmula prática que liga
, e as concentrações é a equação de Henderson–Hasselbalch. Vou derivar ela rapidinho: - Da definição de
:
- Tomando
dos dois lados e lembrando que e , obtemos:
- Reescrevendo para isolar a razão
:
- Convertendo do logaritmo para número:
- Da definição de
- Interpretação prática: se
então . Se a base conjugada predomina; se o ácido predomina. Cada unidade de diferença de pH corresponde a um fator de 10 na razão .
Passo 3
Agora aplicamos a fórmula ao caso concreto.
- Calculamos a diferença:
- Logo a razão entre as formas é
- Em número decimal isso é
ou seja, há
mol de
para cada
mol de
. Outra forma de dizer: a forma ácida
é favorecida por um fator de
comparada à forma
.
Passo 4
Queremos também saber as frações relativas (útil para quantificar “predominantemente”).
- Fracção desprotonada (base conjugada):
- Calculando:
- Fracção protonada (ácido):
Passo 5
Interpretação final e dica prática para a prova:
- Como
é muito menor que , o ácido está praticamente todo na forma protonada . Regra de bolso: se a forma ácida predomina; se a forma básica predomina. Cada unidade de diferença de pH dá um fator 10 na razão das formas.
Resposta
Predominantemente na forma ácida (protonada): aproximadamente
e
.