Por que as vidrarias tiveram que ser ambientadas com água quente durante as coletas das alíquotas? Explique com base no Ka do ácido benzóico.

Passo 1

O enunciado pergunta por que as vidrarias tiveram que ser ambientadas com água quente durante as coletas das alíquotas, e pede uma explicação baseada no K_a do ácido benzóico.
Informações implícitas que vamos usar: (1) tratam-se de coletas de uma solução de ácido benzóico; (2) as vidrarias foram aquecidas (ambientadas com água quente) antes da coleta; (3) devemos relacionar isso com o equilíbrio ácido-base e com o valor de K_a do ácido benzóico.

Passo 2

Relembrando o que é K_a e como ele descreve a dissociação de um ácido fraco. Para um ácido genérico \mathrm{HA} que se dissocia em água:
\mathrm{HA} \rightleftharpoons \mathrm{H^+} + \mathrm{A^-}
a constante de acidez é
K_a=\frac{[\mathrm{H^+}][\mathrm{A^-}]}{[\mathrm{HA}]},
onde [\mathrm{H^+}] é a concentração de íons hidrogênio, [\mathrm{A^-}] é a do ânion conjugado e [\mathrm{HA}] é a da forma não dissociada. O K_a mede quanto o ácido tende a se dissociar: quanto menor K_a, mais fraco é o ácido (maior fração permanece como \mathrm{HA}).

Passo 3

Definindo a fração dissociada \alpha. Se a concentração inicial do ácido for C_0, assumindo dissociação pequena (caso típico de ácidos fracos como benzoico), temos aproximadamente:
[\mathrm{A^-}] = [\mathrm{H^+}] = \alpha C_0,\qquad [\mathrm{HA}]=(1-\alpha)C_0 \approx C_0.
Substituindo em K_a e usando a aproximação 1-\alpha\approx1,
K_a \approx \frac{(\alpha C_0)(\alpha C_0)}{C_0} = \alpha^2 C_0.
Logo
\alpha \approx \sqrt{\frac{K_a}{C_0}}.
Isto nos diz que, para concentrações típicas, a maior parte do ácido benzóico está na forma não dissociada \mathrm{HA} (isto é, molécula neutra) se K_a for pequeno comparado a C_0.

Passo 4

Aplicando isso ao ácido benzóico: o ácido benzóico é um ácido fraco com valor aproximado
pK_a\approx 4{,}2\quad\Rightarrow\quad K_a\approx 6{,}3\times10^{-5}.
Com esse K_a, para uma solução típica (por exemplo C_0=1{,}0\times10^{-2}\\ \mathrm{mol\\ L^{-1}}), a fração dissociada seria aproximadamente
\alpha \approx \sqrt{\frac{6{,}3\times10^{-5}}{1{,}0\times10^{-2}}}=\sqrt{6{,}3\times10^{-3}}\approx 0{,}079\\ (7{,}9\%).
Isso mostra que cerca de 92\% da espécie está na forma não dissociada \mathrm{HA} (a molécula neutra).

Passo 5

Conectando dissociação com solubilidade e temperatura. Duas coisas importantes sobre ácido benzóico:
  • A forma não dissociada \mathrm{HA} é pouco solúvel em água à temperatura ambiente; a solubilidade aumenta com a temperatura (ou seja, em água quente a molécula dissolvida permanece líquida; em superfície fria tende a cristalizar).
  • Como a maior parte do soluto está na forma não dissociada (pela estimativa de \alpha), uma queda local de temperatura pode provocar precipitação da forma \mathrm{HA} sobre as superfícies frias (paredes do frasco, pipeta, tubo), retirando material da solução líquida e alterando a concentração real do que se está coletando.

Passo 6

Efeito prático durante a coleta de alíquotas. Se você pipetar ou coletar uma alíquota quente usando uma vidraria fria:
  • O resfriamento rápido na superfície fria pode fazer a forma pouco solúvel \mathrm{HA} cristalizar e aderir à parede do frasco ou da pipeta.
  • Isso causa perda de soluto na alíquota (a concentração no líquido coletado fica menor que a original) e também pode alterar o equilíbrio ácido-base local (mudança de [\mathrm{HA}] e, portanto, de [\mathrm{H^+}]).
  • Como consequência, medições de pH, titulações ou análises que dependem da concentração real ficam enviesadas.

Passo 7

Por que aquecer (ambientar com água quente) resolve o problema. Ao aquecer a vidraria antes da coleta:
  • Mantém a temperatura da solução quase constante durante a transferência, evitando resfriamento local.
  • Impede que a forma não dissociada \mathrm{HA} se precipite nas paredes; assim a alíquota contém a mesma fração \alpha prevista pelo K_a àquela temperatura.
  • Garante que a amostra coletada seja representativa da solução original (mesma concentração total de ácido dissolvido e mesmo equilíbrio ácido-base), evitando erros sistemáticos nas análises.

Passo 8

Resumo conceitual final — conectando tudo numa frase curta e prática. O K_a do ácido benzóico indica que a maior parte do composto está como molécula neutra \mathrm{HA}, pouco solúvel em água; resfriamento local (vidraria fria) provoca precipitação dessa forma e altera a composição da alíquota. Aquecer a vidraria evita precipitação e mantém o equilíbrio descrito por K_a, garantindo alíquotas representativas.

Resposta

As vidrarias foram aquecidas para evitar resfriamento local que provocaria precipitação da forma não dissociada do ácido benzóico ( \mathrm{HA}), retirada de soluto das alíquotas e alteração do equilíbrio ácido-base. Como K_a do ácido benzóico é pequeno ( K_a\approx6{,}3\times10^{-5}, pK_a\approx4{,}2), a maior parte está como \mathrm{HA} pouco solúvel; manter vidrarias quentes evita cristalização de \mathrm{HA} nas paredes e garante alíquotas representativas da concentração e do equilíbrio.

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