Quais são as principais espécies presentes em soluções de
de cada um dos seguintes ácidos? Calcule o pH de cada uma destas soluções.
Passo 1
O enunciado dá uma solução contendo
do ácido
e pede duas coisas:
- Quais são as principais espécies presentes nessa solução.
- Calcular o pH da solução.
Informações relevantes fornecidas: a concentração inicial do ácido é
.
Passo 2
Escrevendo a reação de dissociação do ácido em água (essa é a equação que descreve as espécies que aparecem):
Aqui cada molécula de
que se dissocia gera um íon hidrônio
(que na prática escrevemos como
em muitos exercícios) e um ânion
.
Passo 3
Por que usamos essa reação e quais espécies aparecem?
- A água participa como solvente e aceita o próton, formando
. É costume falar simplesmente em , mas o que existe na solução é (ou espécies protonadas de água). - O ânion
é o contracátion formado. - E ainda temos a água não protonada
como componente majoritário do solvente.
Então as possíveis espécies são:
(ou
),
, moléculas de
e, em princípio, uma quantidade desprezível de
não dissociado (se for um ácido forte, explico já).
Passo 4
Importante saber se
é forte ou fraco.
- Ácidos fortes se dissociam praticamente por completo em água; isto é, a reação de dissociação vai quase até a direita e a concentração do ácido não dissociado fica negligenciável.
-
(ácido perclórico) é um ácido forte conhecido — na prática assume-se dissociação completa em diluições típicas de laboratório e prova.
Logo, para uma solução inicialmente preparada com
de
, assumimos que toda essa quantidade vira íons. Portanto as concentrações principais ficam:
A concentração de
como solvente puro é muito maior e aproximadamente
que normalmente não precisamos alterar para este tipo de conta. A concentração de
não dissociado é desprezível.
Passo 5
Regra para calcular pH: defini-se pH pela concentração de hidrônio:
Aqui
é a concentração molar de
em mol·L^{-1}. Essa fórmula é direta e amplamente usada em provas. Não confunda com
(que envolve
) — aqui queremos pH.
Passo 6
Aplicando a fórmula ao valor que encontramos:
Vamos calcular o logaritmo passo a passo (sem máquina, usando propriedades dos logaritmos):
Logo
Sabemos que
é aproximadamente
(valor padrão de tabela). Então
Portanto
Arredondando razoavelmente para três casas decimais, obtemos
.
Passo 7
Comentários práticos e dica para a prova:
- Em provas, ao ver um ácido forte com concentração
, você pode diretamente escrever e . Memorizando isso você ganha tempo. - Evite tentar incluir efeitos de atividade (atividades em vez de concentrações) a menos que o enunciado peça; para concentrações moderadas como
a aproximação por concentrações molares está completamente aceitável. - Não esqueça de transformar corretamente números como
em notação científica para facilitar logaritmos mentais: .
Passo 8
Resumo emocional/amigável: você já tem a resposta rápida para ácidos fortes — espécies:
, ânion conjugado e água; pH é só
da concentração. Vamos em frente, você consegue!
Resposta
Principais espécies:
,
e
(a concentração de
não dissociado é desprezível).