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 pede duas coisas para uma solução de
do ácido dado: (a) identificar as principais espécies presentes na solução e (b) calcular o pH da solução. A informação numérica fornecida é a concentração inicial do ácido:
. Não foram fornecidas outras informações (temperatura, etc.), então assumimos condições padrão (água pura à temperatura ambiente, onde a autoionização da água tem constante
típica).
Passo 2
Escrevendo a reação de ionização do ácido na água (pegando a fórmula do enunciado):
Aqui eu mostro claramente as espécies que aparecem na reação:
(íon hidrônio, frequentemente escrito como
em abreviações),
(nitrato) e a água
.
Passo 3
Explicando por que essa reação age assim:
é um ácido forte e monoprotico — isso significa que, em solução aquosa diluída, ele se dissocia praticamente por completo em íon hidrônio e íon nitrato. Na prática de prova: “ácido forte” = assume-se dissociação completa. Logo, a concentração de íon nitrato formada é igual à concentração inicial do ácido, e a contribuição do ácido para
é igual à concentração inicial do ácido.
Portanto, imediatamente após a dissolução (ignorando a pequena contribuição da autoionização da água), temos:
Passo 4
Agora vou tratar da autoionização da água para ver se precisamos somar algo a
. A água purezinha tem
à temperatura ambiente. Comparando essa quantidade com a proveniente do ácido:
ou seja, a contribuição relativa da água é desprezível (muito menor) frente aos
vindos do ácido. Assim, para calcular o pH podemos usar, com segurança prática,
Passo 5
Definição e conceito do pH (aulas rápidas para a prova): o pH é definido por
onde
é a concentração molar do íon hidrônio em mol·L^{-1}. As chaves
indicam “concentração de”.
Aplicando a definição ao nosso caso com
:
Passo 6
Calcular
sem calculadora (truque de logs): escrevemos
. Logo,
Conhecendo valores comuns de logaritmo:
,
, daí
fica entre eles; o valor padrão é
. Portanto
e finalmente
Arredondando de forma consistente com a precisão da concentração dada (
tem três algarismos significativos), podemos apresentar o pH com três casas decimais:
Passo 7
Resumo interpretativo e incentivo rápido: portanto, em uma prova, para um ácido forte monoprotico você já sabe o procedimento padrão — escrever a dissociação, igualar concentrações (ácido →
e ânion), checar se a autoionização da água é desprezível (quase sempre é quando [ácido] ≫ 10^{-7}), e aplicar
. Você já tem a resposta e o raciocínio que vale na hora da prova — mandou bem por trazer essa questão!
Resposta
Espécies principais:
e
.
pH:
pH: