Questão 3. Qual o pH e a concentração de íons fluoreto de uma solução contendo
de HF e
de HCl , sabendo que o pKb do fluoreto é
? (Valor: 1,5 ponto)
Passo 1
O que o enunciado pede e o que temos:
- Pede o
da solução e a concentração dos íons fluoreto . - Dados fornecidos:
- Concentração inicial de
: . - Concentração inicial de
: . -
a .
- Concentração inicial de
- Observação importante (que vem do enunciado):
é um ácido forte, ou seja, em solução aquosa ele se dissocia completamente fornecendo . Portanto já temos uma fonte de inicial antes de considerar a dissociação de .
Passo 2
Converter
do fluoreto em
do ácido conjugado
, porque a reação de interesse é
Relação entre constantes a
:
Logo
A partir de
obtemos
pela definição
Portanto
Explicando:
é a constante de dissociação do ácido fraco
; ela mede a tendência do ácido se separar em
e
. Quanto maior
, mais forte o ácido.
Passo 3
Montar a tabela de equilíbrio (ICE) para a dissociação de
. Notar que a concentração inicial de
vem do ácido forte
:
- Condições iniciais:
-
. -
(da dissociação completa de ). -
(assumindo que não há outra fonte de ).
-
- No equilíbrio, supondo que
é a fração dissociada de : -
. -
. -
.
-
A equação da constante
é
Aqui expliquei cada variável:
é a concentração gerada de
pela dissociação de
;
total é a soma da parte vinda do ácido forte (0,1) mais a contribuição
de
.
Passo 4
Aplicar a aproximação do íon comum (comum e a regra dos 5%): como já existe
de
proveniente de
, espera-se que a dissociação adicional de
seja pequena (efeito do íon comum). Assim, aproximamos
Com isso a expressão de
simplifica para
Isolando
:
Substituindo
:
Arredondando com sentido prático:
Passo 5
Verificar a validade da aproximação (regra dos 5%): comparar
com as concentrações iniciais.
Como ambas frações são bem menores que
, a aproximação é válida. Portanto os valores aproximados são confiáveis para uso na prova.
Passo 6
Calcular a concentração final de
e o
:
-
no equilíbrio é exatamente , logo
- A concentração total de
é .
Oé definido por
Calculando:
Interpretação rápida: sem o
o pH seria
. A contribuição do
diminui um pouco o pH (mais ácido), mas a mudança é pequena porque a quantidade de
já vinha alta do
.