Qual a influência dos íons \mathrm{H}^{+}e \mathrm{OH}^{-}sobre o equilíbrio dos íons cromato \mathrm{CrO}_{4}{ }^{2-} e dicromato \mathrm{Cr}_{2} \mathrm{O}_{7}{ }^{2-} ?

Passo 1

O enunciado pergunta qual é a influência dos íons \mathrm{H}^+ e \mathrm{OH}^- sobre o equilíbrio entre os íons cromato e dicromato. Informações relevantes que o enunciado dá ou que são óbvias e úteis para resolver:
  • As espécies envolvidas são \mathrm{CrO}_{4}^{2-} (cromato) e \mathrm{Cr}_{2}\mathrm{O}_{7}^{2-} (dicromato).
  • Os íons \mathrm{H}^+ (ácido) e \mathrm{OH}^- (base) podem ser adicionados à solução e alteram o pH.
  • Em química de equilíbrio, mudanças de concentração de reagentes/produtos e do pH podem deslocar o equilíbrio (isso vamos usar na resolução).

Passo 2

Escrevemos a reação de equilíbrio que relaciona claramente as espécies (esta é a equação chave que descreve a conversão entre cromato e dicromato):
2\,\mathrm{CrO}_{4}^{2-} + 2\,\mathrm{H}^+ \rightleftharpoons \mathrm{Cr}_{2}\mathrm{O}_{7}^{2-} + \mathrm{H}_{2}\mathrm{O}
Explanação da equação:
  • À esquerda temos duas moléculas de \mathrm{CrO}_{4}^{2-} e duas de \mathrm{H}^+.
  • À direita aparece o íon dicromato \mathrm{Cr}_{2}\mathrm{O}_{7}^{2-} e água \mathrm{H}_2\mathrm{O}.
  • A estequiometria diz que cada duas unidades de cromato precisam de dois prótons para formar um dicromato + uma água.

Passo 3

Definimos a constante de equilíbrio e interpretamos suas variáveis — isso nos permite ver quantitativamente como \mathrm{H}^+ atua:
K = \frac{[\mathrm{Cr}_{2}\mathrm{O}_{7}^{2-}]}{[\mathrm{CrO}_{4}^{2-}]^{2} \,[\mathrm{H}^+]^{2}}
Explicação dos símbolos:
  • [\mathrm{Cr}_{2}\mathrm{O}_{7}^{2-}] é a concentração de dicromato em mol·L^{-1}.
  • [\mathrm{CrO}_{4}^{2-}] é a concentração do cromato.
  • [\mathrm{H}^+] é a concentração de prótons (medida do pH).
  • K é a constante de equilíbrio (fixa a uma dada temperatura). Para entender o efeito qualitativo não precisamos do valor numérico de K, apenas da forma da expressão.

Passo 4

Usamos o princípio de Le Châtelier (explicado passo a passo) para prever como o equilíbrio reage a alterações:
  • Le Châtelier diz: se perturbarmos um equilíbrio em um sistema fechado, o sistema ajusta-se para minimizar essa perturbação.
  • Se aumentarmos [\mathrm{H}^+] (ou seja, adicionarmos ácido), o denominador da expressão de K aumenta. Para manter a igualdade com a mesma K, o numerador deve aumentar — isto é, [\mathrm{Cr}_{2}\mathrm{O}_{7}^{2-}] aumenta. Conclusão: adicionar \mathrm{H}^+ desloca o equilíbrio para a direita, formando mais \mathrm{Cr}_{2}\mathrm{O}_{7}^{2-}.
  • Intuição química: prótons protonam espécies do sistema e facilitam a condensação de dois cromatos em um dicromato (repare na estequiometria da reação).

Passo 5

Agora a influência de \mathrm{OH}^- (explicada com reação e consequência):
  • A adição de \mathrm{OH}^- reage imediatamente com \mathrm{H}^+ conforme
\mathrm{H}^+ + \mathrm{OH}^- \longrightarrow \mathrm{H}_2\mathrm{O},
reduzindo [\mathrm{H}^+] efetivo na solução.
  • Pela expressão de K, uma queda em [\mathrm{H}^+] diminui o denominador, portanto para manter K constante o numerador deve diminuir — ou seja, [\mathrm{Cr}_{2}\mathrm{O}_{7}^{2-}] diminui. Conclusão: adicionar \mathrm{OH}^- desloca o equilíbrio para a esquerda, favorecendo \mathrm{CrO}_{4}^{2-}.
  • Em palavras simples: base retira prótons, e sem prótons a reação volta a favorecer o cromato.

Passo 6

Observação prática e sinalização visual (útil para provas e laboratório):
  • Solução rica em \mathrm{CrO}_{4}^{2-} tem cor amarela (cromato).
  • Solução rica em \mathrm{Cr}_{2}\mathrm{O}_{7}^{2-} tem cor alaranjada (dicromato).
  • Assim, se você acrescentar ácido a uma solução amarela, ela tende a ficar alaranjada (formação de dicromato). Se acrescentar base a uma solução alaranjada, ela tende a ficar amarela (reconversão em cromato).
  • Um lembrete sobre pH: em meio ácido (baixo [\mathrm{H}^+] grande?) — cuidado: baixo pH significa [\mathrm{H}^+] grande — o dicromato é favorecido; em meio básico (alto pH, [\mathrm{H}^+] pequeno) o cromato é favorecido.

Passo 7

Resumo operacional que você pode usar na prova ou no laboratório (passo a passo mental):
  • Quer formar mais \mathrm{Cr}_{2}\mathrm{O}_{7}^{2-}? Adicione ácido ( \mathrm{H}^+). Resultado: equilíbrio desloca-se para a direita.
  • Quer formar mais \mathrm{CrO}_{4}^{2-}? Adicione base ( \mathrm{OH}^-), que neutraliza \mathrm{H}^+. Resultado: equilíbrio desloca-se para a esquerda.
  • Sempre explique sua previsão citando a equação de equilíbrio e/ou a expressão de K (isso mostra que você entendeu o mecanismo).

Resposta

A adição de \mathrm{H}^+: desloca o equilíbrio para a direita, favorecendo a formação de \mathrm{Cr}_{2}\mathrm{O}_{7}^{2-} (dicromato; solução tende a ficar alaranjada).
A adição de \mathrm{OH}^-: neutraliza \mathrm{H}^+ e desloca o equilíbrio para a esquerda, favorecendo \mathrm{CrO}_{4}^{2-} (cromato; solução tende a ficar amarela).

Exercícios relacionados