Questão 30. Em uma aula prática, foram preparadas cinco soluções aquosas, de mesma concentração, de alguns ácidos inorgânicos: sulfídrico, nítrico, carbônico, bórico e fosfórico. Com o objetivo de testar a força desses ácidos, verificou-se a condutibilidade elétrica, através de um circuito acoplado a uma lâmpada. A solução ácida que acendeu a lâmpada com maior intensidade foi a de:
Passo 1
O enunciado dá cinco soluções aquosas, todas com a mesma concentração, de ácidos inorgânicos:
,
,
,
e
. Foi medida a condutividade elétrica de cada solução (usando uma lâmpada acoplada ao circuito). A pergunta é: qual dessas soluções acendeu a lâmpada com maior intensidade?
Informações relevantes dadas:
- Todas as soluções têm a mesma concentração inicial
. - A condutividade foi medida indiretamente pela intensidade da lâmpada (maior intensidade ⇨ maior condutividade elétrica da solução).
- Os ácidos testados são:
, , , , .
Passo 2
Entendendo o que determina a condutividade de uma solução ácida (a “aula rápida”):
- A condutividade elétrica de uma solução depende da presença de íons carregados e da mobilidade desses íons. Quanto maior a concentração de íons carregados, maior a condutividade.
- Em ácidos aquosos os íons principais que conduzem corrente são os prótons
(ou mais corretamente íons hidrônio ) e os ânions correspondentes. - Dois fatores importam:
- Quantidade de íons formados por mol de ácido (por exemplo, um ácido monoprotico libera até 1 próton, um diprótico até 2, etc.).
- Grau de ionização (ou dissociação) do ácido na água: fortes se dissociam praticamente 100%, fracos só parcialmente.
- Em soluções diluídas, a condutividade costuma ser dominada pelos
, porque tem mobilidade muito alta. Portanto, quem produz maior [ ] dará maior condutividade, na maioria dos casos.
Passo 3
Conceito de ácido forte vs ácido fraco e como estimar
:
- Um ácido forte se dissocia quase completamente: para um ácido monoprotico forte, se a concentração inicial é
, então . - Para um ácido fraco (monoprotico) com constante de acidez
, se a fração dissociada é , tem-se a dissociação com . A constante é Se é pequeno (caso comum de fracos), aproxima-se Logo ou ), existem sucessivas constantes . Na prática, se só o primeiro for razoável e os seguintes bem menores, a primeira dissociação determina a maior parte de .
Conclusão prática: entre soluções de mesma
, a que tiver o ácido com maior grau de dissociação (ou um
muito grande, i.e. ácido forte) vai gerar maior
e, portanto, maior condutividade.)
Passo 4
Compare rapidamente os ácidos dados usando conhecimento de forças ácidas (valores típicos de
, que indicam força: menor
= ácido mais forte).
-
: ácido nítrico é um ácido forte (dissocia praticamente 100%). Em termos de , é negativo (muito baixo), ou seja, muito grande. Portanto, para concentração , . -
: ácido fosfórico é poliprótico; o primeiro é cerca de (ou seja, ). Isso significa que a primeira dissociação é moderada — não completa como em um forte — e as demais dissociações são bem mais fracas. Logo, gera menos que um ácido forte à mesma . -
: ácido carbônico tem . É fraco; dissociação muito limitada na água isolada. -
: sulfídrico tem (também fraco, similarmente pouco dissociado em solução aquosa). -
: ácido bórico é um ácido muito fraco, com ; praticamente não libera muitos prótons em solução aquosa comum.
Observação intuitiva: embora
possa, em princípio, doar até 3 prótons por molécula, na prática só a primeira dissociação contribui significativamente e mesmo essa não é completa; portanto, à mesma
,
não produz tanto
quanto um ácido forte como
.
Passo 5
Aplicando ao experimento da lâmpada:
- A lâmpada acende mais quando a condutividade é maior, isto é, quando há maior concentração de íons condutores, especialmente
. - Entre os ácidos listados,
é o único ácido realmente forte (dissociação praticamente completa), então ele fornece a maior concentração de íons por mesma . - Os demais (
, , , ) são fracos (com bem maiores), portanto produzem bem menos e conduzem menos.
Portanto, a solução que acenderia a lâmpada com maior intensidade é a de
.
Resposta
B