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
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 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
Passo 2
Relembrando o que é
e como ele descreve a dissociação de um ácido fraco. Para um ácido genérico
que se dissocia em água:
a constante de acidez é
onde
é a concentração de íons hidrogênio,
é a do ânion conjugado e
é a da forma não dissociada. O
mede quanto o ácido tende a se dissociar: quanto menor
, mais fraco é o ácido (maior fração permanece como
).
Passo 3
Definindo a fração dissociada
. Se a concentração inicial do ácido for
, assumindo dissociação pequena (caso típico de ácidos fracos como benzoico), temos aproximadamente:
Substituindo em
e usando a aproximação
,
Logo
Isto nos diz que, para concentrações típicas, a maior parte do ácido benzóico está na forma não dissociada
(isto é, molécula neutra) se
for pequeno comparado a
.
Passo 4
Aplicando isso ao ácido benzóico: o ácido benzóico é um ácido fraco com valor aproximado
Com esse
, para uma solução típica (por exemplo
), a fração dissociada seria aproximadamente
Isso mostra que cerca de
da espécie está na forma não dissociada
(a molécula neutra).
Passo 5
Conectando dissociação com solubilidade e temperatura. Duas coisas importantes sobre ácido benzóico:
- A forma não dissociada
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
), uma queda local de temperatura pode provocar precipitação da forma 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
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
e, portanto, de ). - 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
se precipite nas paredes; assim a alíquota contém a mesma fração prevista pelo 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
do ácido benzóico indica que a maior parte do composto está como molécula neutra
, 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
, garantindo alíquotas representativas.
Resposta
As vidrarias foram aquecidas para evitar resfriamento local que provocaria precipitação da forma não dissociada do ácido benzóico (
), retirada de soluto das alíquotas e alteração do equilíbrio ácido-base. Como
do ácido benzóico é pequeno (
,
), a maior parte está como
pouco solúvel; manter vidrarias quentes evita cristalização de
nas paredes e garante alíquotas representativas da concentração e do equilíbrio.