Por que a extração de um íon metálico para um solvente orgânico com 8-hidroxiquinoleína é mais completa em pH alto?

Passo 1

O enunciado nos pede para entender por que um cátion metálico M^{n+} é extraído de forma mais completa para a fase orgânica pelo ligante 8-hidroxiquinolina (denotado aqui por H\!Q) quando o meio aquoso está em pH alto. O conteúdo envolvido é química de extração por solvente e equilíbrio ácido-base do ligante, além do equilíbrio de complexação metálica.

Passo 2

Primeiro identifiquemos a reação ácido-base do ligante 8-hidroxiquinolina na fase aquosa. Esse ligante tem um próton ligado ao oxigênio fenólico e sofre ionização segundo
H\!Q \;\rightleftharpoons\; Q^- + H^+,
com constante de dissociação
K_a = \frac{[Q^-][H^+]}{[H\!Q]}.
Em pH baixo (alto [H^+]) a forma protonada H\!Q predomina; em pH alto (baixo [H^+]) a forma desprotonada Q^- aumenta.

Passo 3

O complexo extraído para a fase orgânica é tipicamente neutro, por exemplo
M^{n+} + n\,Q^- \;\longrightarrow\; M(Q)_n\,,
onde M(Q)_n é solúvel no solvente orgânico. Para simplificar, no caso de um cátion divalente formam-se complexos do tipo M(Q)_2.

Passo 4

A extração obedece ao equilíbrio
M^{n+}_{\rm aq} + n\,H\!Q_{\rm aq} \;\rightleftharpoons\; M(Q)_n{}_{\rm org} + n\,H^+_{\rm aq},
cuja constante de distribuição pode ser escrita como
K_{\rm ex} = \frac{[M(Q)_n]_{\rm org}\,[H^+]^n_{\rm aq}} {[M^{n+}]_{\rm aq}\,[H\!Q]^n_{\rm aq}}.

Passo 5

Note que H^+ é produto nesse equilíbrio. Pelo princípio de Le Châtelier, diminuir [H^+] (isto é, aumentar o pH) desloca a reação para a direita, formando mais M(Q)_n na fase orgânica. Além disso, em pH alto o ligante existe em maior fração como Q^-, a forma ativa para complexação, o que também favorece a extração.

Resposta

A extração é mais completa em pH alto porque o ligante 8-hidroxiquinolina se desprotona formando Q^-, que complexa o íon metálico como espécie neutra M(Q)_n. Como a reação de extração gera prótons, um menor [H^+] (pH mais alto) afasta o equilíbrio para a formação do complexo orgânico e, assim, aumenta a eficiência de extração.

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