(
pontos) O ácido fórmico ou oficialmente ácido metanoico é um ácido fraco, que, em temperatura ambiente, é um líquido incolor de cheiro irritante. O nome fórmico tem sua origem do latim formica, que significa formiga, dado que a primeira vez que o ácido foi isolado ocorreu por destilação do corpo de uma formiga. Na titulação de 50 mL de ácido fórmico (HCOOH)
, calcule o pH após a adição de Dados:
Explique o porquê do pH no ponto de equivalência ser diferente de 7 na titulação de um ácido fraco.
Explique o porquê do pH no ponto de equivalência ser diferente de 7 na titulação de um ácido fraco.
Passo 1
O enunciado (parcial) nos diz: "Na titulação de 50 mL de ácido fórmico (HCOOH)
, calcule o pH após a adição de … Dados:
". As perguntas implícitas são: (a) calcular o pH após uma adição (mas o volume/concentração da base titulante não foi fornecido) e (b) explicar por que o pH no ponto de equivalência é diferente de 7 na titulação de um ácido fraco. Informações dadas e relevantes:
- Volume do ácido:
. - Concentração do ácido:
. - Constante de acidez:
.
Observação importante: o enunciado não informa o volume adicionado nem a concentração da base titulante (ou seja, falta a informação necessária para calcular o pH “após a adição de” um certo volume). Vou, portanto: (i) explicar o método geral para calcular o pH em diferentes regiões da titulação (antes, no ponto de equivalência e após equivalência) e (ii) calcular explicitamente o pH no ponto de equivalência assumindo que a base titulante é forte e tem concentração igual a(caso padrão frequente em exercícios), mostrando todos os passos e a justificativa física do porquê do pH diferente de 7.
Passo 2
Calculemos primeiro as quantidades iniciais (passo necessário para qualquer cálculo de titulação). Moles de ácido presentes inicialmente:
Isto vale independentemente da base que será adicionada.
Passo 3
Se a base titulante for uma hidróxido forte (por exemplo NaOH) de concentração
— hipótese comum em exercícios — o volume necessário para atingir o ponto de equivalência é dado por igualar os moles de base adicionada aos moles de ácido:
Logo no ponto de equivalência foram adicionados
de base (assumindo
).
Passo 4
O que existe no frasco exatamente no ponto de equivalência? Todo o ácido foi neutralizado e transformado no seu ânion conjugado formiato
(por exemplo como
), sem ácido livre. Moles de
formados:
. O volume total da solução é a soma dos volumes ácido+base:
Concentração do formiato no ponto de equivalência:
Passo 5
No ponto de equivalência a espécie presente que controla o pH é a base conjugada
, que sofre hidrólise em água:
A constante de basicidade associada é
, que se relaciona com
por
onde
(a
, valor padrão). Então:
Passo 6
Para a reação de hidrólise, escrevemos
formado. A expressão aproximada (válida se
) é
Logo
Calculemos numericamente:
Passo 7
Agora obtemos o pOH e o pH. Usando log base 10:
E
Verificação da hipótese
:
, logo a aproximação é válida.
Passo 8
Explicação qualitativa do porquê o pH no ponto de equivalência é diferente de 7 para um ácido fraco:
- Em uma titulação ácido fraco + base forte, no ponto de equivalência não há ácido fraco não neutralizado: há, sim, seu ânion conjugado dissolvido (no exemplo,
). - Esse ânion é a base conjugada do ácido fraco e sofre hidrólise com a água, produzindo
(como escrevemos na reação de hidrólise). Essa produção de torna a solução básica no ponto de equivalência. - Em contraste, na titulação ácido forte + base forte as espécies formadas (por exemplo Na^+ e Cl^-) não hidrolisam de forma significativa; a água permanece neutra e o pH no ponto de equivalência é 7.
- Matematicamente, a base conjugada tem
. Quanto mais fraco o ácido (menor ), maior e mais básica a solução no ponto de equivalência. No nosso cálculo isso aparece porque é pequeno mas não nulo, gerando e pH>7.
Passo 9
Observação sobre o pedido original “calcule o pH após a adição de …”: como o enunciado não informou qual volume foi adicionado (ou a que concentração), não é possível dar um número para esse caso específico. Para você aplicar em qualquer ponto da titulação, siga estes métodos práticos:
- Antes da equivalência (mistura de ácido fraco + base forte, ambos presentes): use a equação de equilíbrio do sistema ácido fraco/conjugado ou, de forma prática, a equação de Henderson–Hasselbalch se houver quantidades apreciáveis de ácido e de sua base conjugada:
- No ponto de equivalência: compute a concentração do ânion conjugado e resolva a hidrólise como fiz acima (usar
). - Após a equivalência (excesso de base forte): calcule o excesso de
(moles de base adicionados menos moles de ácido inicialmente) dividido pelo volume total; obtenha , calcule pOH e pH.
Se você quiser, me diga (sem problema!) o volume e a concentração da base que você quer que eu use para “após a adição de …” e eu faço o cálculo passo a passo do jeito que você gosta.
Resposta
Não é possível calcular o pH após a adição pedida porque falta informar o volume (ou a concentração) da base adicionada.
No ponto de equivalência (assumindo titulante ):
.
No ponto de equivalência (assumindo titulante