Ciências da Natureza e suas
Tecnologias - Química
Ensino Médio, 2º Ano
Produto iônico da água PH e POH,
Solução Tampão
QUÍMICA, 2º Ano
Produto iônico da água, pH e pOH, solução tampão
Conceitos de ácidos e bases
Arrhenius:
• ácidos: liberam apenas H+
(H3O+) como cátion;
• bases (ÁLCALIS): liberam
apenas OH- como ânion;
ácido + base  sal + água
• problema: definição
limitada exclusivamente às
soluções aquosas.
Imagem: Autor Desconhecido/ Disponibilizada por Nils
Simon/ United States Public Domain
QUÍMICA, 2º Ano
Produto iônico da água, pH e pOH, solução tampão
Conceitos de ácidos e bases
Brønsted-Lowry:
• ácidos: doadores de H+;
• bases: recebedores H+ (não
precisam ter OH-);
Substâncias Anfóteras: podem ter
comportamento ácido ou básico,
dependendo da situação.
Pares conjugados (ácido-base):
HA(aq) + H2O(ℓ) ⇄ H3O+(aq) + A-(aq)
ácido + base ⇄ ácido + base
Imagens da esquerda para a direita: (A) Peter Elfelt/ United States
Public Domain. (B) Autor desconhecido/ disponibilizado por
Materialscientist/ United States Public Domain
QUÍMICA, 2º Ano
Produto iônico da água, pH e pOH, solução tampão
Conceitos de ácidos e bases
Lewis:
• ácidos: receptores de par de
elétrons;
• bases: doadores de par de
elétrons;
ácido + base  sal + água
• obs.: ácidos e bases de Lewis não
precisam conter prótons
(definição mais geral que as de
Arrhenius e Brønsted-Lowry).
QUÍMICA, 2º Ano
Produto iônico da água, pH e pOH, solução tampão
Equilíbrio iônico da água
• um caso muito particular de equilíbrio químico é o equilíbrio
iônico da água;
• a água sofre autoionização, mas, como é um eletrólito muito
fraco, estabelece o equilíbrio abaixo:
2 H2O(ℓ) ⇄ H3O+(aq) + OH-(aq)
ou simplesmente:
H2O(ℓ) ⇄ H+(aq) + OH-(aq)
H20 (l)
H+ (aq)
OH- (aq)
QUÍMICA, 2º Ano
Produto iônico da água, pH e pOH, solução tampão
Equilíbrio iônico da água:
• A constante de equilíbrio é expressa da seguinte forma:
Kw = [H+].[OH-]
• Em que:
– Kw: produto iônico da água (a letra w vem de water, água em inglês);
– [H+], [OH-]: concentrações molares dos íons envolvidos.
• Como qualquer constante de equilíbrio, seu valor varia apenas
com a temperatura.
K eq
[H3O  ][OH ]

[H2 O]2
K eq  [H2 O]2  [H3O  ][OH ]
K w  [H3O  ][OH ]  1,010-14 (a 25º C)
QUÍMICA, 2º Ano
Produto iônico da água, pH e pOH, solução tampão
Produto iônico da água

H2O(l )  H2O(l ) 
 H3O
• A 25°C, em água pura, temos:
[H+] = [OH-] = 10-7 mol/L
• Assim sendo:
Kw = [H+].[OH-] = 10-14
( aq )
 OH

( aq )
QUÍMICA, 2º Ano
Produto iônico da água, pH e pOH, solução tampão
• Tipos de soluções (a 25°C)
a) Água pura (solução neutra):
[H+] = [OH-] = 10-7 mol/L
b) Solução ácida:
[H+] > 10-7 mol/L
[OH-] < 10-7 mol/L
c) Solução básica (alcalina):
[H+] < 10-7 mol/L
[OH-] > 10-7 mol/L
Imagens da esquerda para a direita: (A) Manojkiyan/
Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0
Unported. (B) Scott Bauer/ Public Domain
Produto iônico da água
QUÍMICA, 2º Ano
Produto iônico da água, pH e pOH, solução tampão
Escala de pH
Alguns valores comuns de pH
• Sabemos que, em água pura, estabelece-se o
equilíbrio abaixo:
Substância
pH
Ácido de bateria
<1.0
Suco gástrico
2.0
Suco de limão
2.4
Cola (refrigerante)
2.5
Vinagre
2.9
Suco de laranja ou maçã
3.5
Cerveja
4.5
Café
5.0
Chá
5.5
Chuva ácida
<5.6
Saliva de pacientes com cancro
4.5-5.7
Leite
6.5
Água pura
7.0
Saliva humana
6.5-7.4
Sangue
7.34-7.45
Água do mar
8.0
Sabonete de mão
9.0-10.0
Amônia caseira
11.5
Cloro
12.5
Hidróxido de Sódio caseiro
13.5
H2O(ℓ) + H2O(ℓ) ⇄ H3O+(aq) + OH-(aq)
• Na maioria das soluções aquosas, temos:
0 < [H+] < 1 mol/L
• A escala de pH foi definida de modo a expressar
essas concentrações:
pH = -log[H3O+]= -log[H+]
pOH = -log[OH-]
– Água neutra (25°C) pH = pOH = 7,0
– Sol. ácidas, [H+] > 1,0 x 10-7  pH < 7,0
– Sol. básicas, [H+] < 1,0 x 10-7  pH > 7,0
• Em água (a 25°C), temos:
pH + pOH = 14
QUÍMICA, 2º Ano
Produto iônico da água, pH e pOH, solução tampão
Como medir o pH de soluções aquosas?
•
O método mais preciso (exato) é usar um medidor de pH (potenciômetro ou
pHmetro);
•
Entretanto, para processos em que não seja adequado usar o medidor de pH
(uma reação com reagentes tóxicos, por exemplo) ou por simplicidade, são usados
frequentemente alguns corantes que mudam de cor em diferentes faixas de pH
(indicadores), que são menos precisos (menos exatos) que os medidores de pH.
Imagens da esquerda para a direita: (A) Matylda Sęk/ GNU Free Documentation License. (B) Bordercolliez/
Creative Commons CC0 1.0 Universal Public Domain Dedication
QUÍMICA, 2º Ano
Produto iônico da água, pH e pOH, solução tampão
Ácidos fortes
• os ácidos fortes mais comuns são
HCl, HBr, HI, HNO3, HClO3, HClO4
e H2SO4;
• os ácidos fortes sofrem ionização
em solução aquosa:
• em solução, o ácido forte é
geralmente a única fonte de H+.
HNO3(aq) +H2O(ℓ)  H3O+(aq) + NO3-(aq)
• assim, o pH da solução é dado
pela concentração (em mol/L)
inicial do ácido.
HNO3(aq)  H+(aq) + NO3-(aq)
(Obs.: se a concentração do ácido for
menor que 10-6 mol/L, a
autoionização da água precisa ser
considerada);
[HNO3]= [H+] = 10-5mol/L  pH=5,0
QUÍMICA, 2º Ano
Produto iônico da água, pH e pOH, solução tampão
Bases fortes
• a maioria dos hidróxidos iônicos
são bases fortes: NaOH, KOH e
Ca(OH)2;
• as bases fortes sofrem
dissociação em solução aquosa;
• o pOH (e, consequentemente, o
pH) de uma base forte é dado
pela concentração (molaridade)
inicial da base;
(Obs.: Cuidado com a estequiometria)
• para um hidróxido ser uma base,
ele deve ser solúvel;
• as bases não precisam conter
necessariamente OH-:
O2-(aq) + H2O(ℓ)  2 OH-(aq)
H-(aq) + H2O(ℓ)  H2(g) + OH-(aq)
N3-(aq) + 3 H2O(ℓ)  NH3(aq) + 3 OH-(aq)
QUÍMICA, 2º Ano
Produto iônico da água, pH e pOH, solução tampão
Ácidos fracos
• os ácidos fracos são apenas
parcialmente ionizados em
solução;
• quanto maior Ka (constante de
acidez) mais forte será o ácido, ou
seja, mais íons estarão presentes
no equilíbrio em relação às
moléculas não ionizadas;
• para encontrar a molaridade do
H3O+(aq) numa solução de ácido
fraco, devemos levar em conta o
equilíbrio:
HA(aq) + H2O(ℓ) ⇄ H3O+(aq) + A-(aq)
(M-x)
x
x
•
resolvendo em x essa equação
quadrática em que conhecemos
M e Ka (tabelados), é possível
determinar o valor de [H3O+] = x
e, portanto, o pH da solução do
ácido fraco.
[H3O ][A  ] [H ][A  ]
x2
Ka 


[HA]
[HA]
M- x
Imagem: Scott Bauer, USDA/ Public Domain
QUÍMICA, 2º Ano
Produto iônico da água, pH e pOH, solução tampão
Cálculo do pH para ácidos fracos
A partir de Ka:
• o pH fornece a
concentração no equilíbrio
de H+;
• sabendo Ka, podemos
calcular [H+] e,
consequentemente, o pH.
Sigamos os seguintes
passos:
– escreva a equação química
balanceada, mostrando
claramente o equilíbrio;
– escreva a expressão de
equilíbrio e encontre o valor
para Ka;
– anote as concentrações
iniciais e no equilíbrio para
TUDO (exceto para a água
pura). Geralmente supomos
que a variação na
concentração de H+ é “x”;
– Substitua, na expressão da
constante de equilíbrio, e
resolva. Lembre-se de
converter “x” em pH, se
necessário.
[H3O ][A  ] [H ][A  ]
x2
Ka 


[HA]
[HA]
M- x
QUÍMICA, 2º Ano
Produto iônico da água, pH e pOH, solução tampão
Cálculo do pH para ácidos fracos
A partir de  (grau de ionização):
•  relaciona [H+]eq com [HA]0;
• quanto maior , mais forte será o
ácido;
•  para um ácido fraco diminui à
medida que a molaridade da
solução aumenta;
– para o ácido acético, por
exemplo, o grau de ionização é
bem menor que para uma
solução de HCl.
QUÍMICA, 2º Ano
Produto iônico da água, pH e pOH, solução tampão
Bases fracas
• as bases fracas removem
prótons das substâncias,
existindo um equilíbrio
entre a base e os íons
resultantes:
NH3(aq) +H2O(ℓ)⇄NH4+(aq) +OH(aq)
• a constante de dissociação
da base, Kb, é definida
como:

[NH4 ][OH ]
Kb 
[NH3 ]
• Tipos de bases fracas:
– geralmente
têm
pares
solitários de elétrons ou
cargas
negativas
para
“atacar” os prótons;
– as bases fracas mais neutras
contêm nitrogênio;
– as aminas estão relacionadas
com a amônia com uma ou
mais
ligações
N-H
substituídas por ligações N-C;
– os ânions de ácidos fracos
também são bases fracas.
QUÍMICA, 2º Ano
Produto iônico da água, pH e pOH, solução tampão
Propriedades das soluções salinas
• quase todos os sais são
eletrólitos fortes. Assim
sendo, esses sais existem
inteiramente como íons em
solução;
• as propriedades ácido-base
dos
sais
são
uma
consequência da reação de
seus íons em solução;
• a reação na qual os íons
reagem
com
água,
produzindo H+ ou OH-, é
chamada hidrólise:
– ânions de ácidos fracos
sofrem hidrólise alcalina;
A– + H2O  HA + OH–
– cátions de bases fracas
sofrem hidrólise ácida;
B+ + H2O  BOH + H+
– ânions de ácidos fortes e
cátions de bases fortes
são neutros (não sofrem
hidrólise).
QUÍMICA, 2º Ano
Produto iônico da água, pH e pOH, solução tampão
Solução-tampão
• a maioria das soluções aquosas
se torna rapidamente mais ácida
(ou alcalina) pela adição de ácido
(ou base);
• uma solução-tampão usa o
princípio da hidrólise para tentar
manter o pH invariável quando a
ela são adicionados íons H+ ou
OH-. Essa propriedade é de
grande importância biológica.
Ex.: HCO3-/H2CO3 e HPO42/H2PO43-  controlam o pH no
sangue.
• cada solução-tampão atua em um
pH diferente;
• para calcularmos esse valor de
pH, a concentração do ânion do
sal ou a concentração do ácido
usamos a equação de HendersonHasselbach:
 log[H ]  logK a  log
[ácido]
[ânion do sal]
ou
pH  pKa  log
[ânion do sal]
[ácido]
QUÍMICA, 2º Ano
Produto iônico da água, pH e pOH, solução tampão
Indicadores de pH
• A
primeira
teoria
sobre
indicadores de pH foi elaborada
por Wilhelm Ostwald (em 1894),
tendo como base a teoria da
dissociação eletrolítica iônica dos
indicadores.
• W. Ostwald é considerado o pai
da físico-química. Recebeu o
Nobel de Química de 1909 por
seu trabalho sobre catálise.
• Ele também desenvolveu um
processo de fabricação de ácido
nítrico por oxidação do amoníaco:
– 4 NH3 + 5 O2 → 4 NO + 6 H2O
– 2 NO + O2 → 2 NO2
– 3 NO2 + H2O → 2 HNO3(aq) + NO
Imagem: Autor desconhecido/ Disponibilizado pelo usuário Stefi/
United States Public Domain
QUÍMICA, 2º Ano
Produto iônico da água, pH e pOH, solução tampão
Indicadores de pH
Indicador
Intervalo de Viragem
em unidades de pH
Mudança de cor de
ácido para base
Alaranjado de metila
3,1 a 4,6
Vermelho para
amarelo alaranjado
Verde de
bromocresol
3,8 a 5,4
Amarelo para azul
Vermelho de metila
4,2 a 6,3
Vermelho para
amarelo
Azul de bromotimol
6,0 a 7,6
Amarelo para azul
Vermelho de fenol
6,6 a 8,6
Amarelo para
vermelho
Fenolftaleína
8,0 a 9,8
Incolor para
vermelho
Timilftaleína
9,8 a 10,6
Incolor para azul
• Para Ostwald, em sua “teoria
iônica dos indicadores”, os
indicadores são bases ou ácidos
fracos cuja cor das moléculas não
dissociadas difere da cor dos
respectivos íons;
• São substâncias químicas que
fornecem
indicação
visual
dependendo da acidez (pH) do
meio;
• São usados atualmente tanto em
solução aquosa quanto em outras
apresentações (papel indicador,
por exemplo).
QUÍMICA, 2º Ano
Produto iônico da água, pH e pOH, solução tampão
Como os indicadores mudam de cor?
fenolftaleína
HO
OH
O
-O
C
O
O
Br
Br
O
C
C
O
O
Forma ácida
incolor
OH
OH
O
Br
Br
H+
OH-
SO³
SO³
Forma alcalina
Vermelho - violácea
• Os indicadores de pH são, portanto, bases ou ácidos orgânicos fracos que
possuem formas com cores diferentes dependendo do pH do meio;
• A coloração se dá graças a um rearranjo molecular causado pela variação
do pH do meio, o que proporciona o surgimento ou desaparecimento dos
grupos cromóforos (responsáveis pela cor).
QUÍMICA, 2º Ano
Produto iônico da água, pH e pOH, solução tampão
Faixa de mudança de coloração
Imagem: Lilly_M/ GNU Free Documentation License
QUÍMICA, 2º Ano
Produto iônico da água, pH e pOH, solução tampão
Exercícios de fixação
a) 2
b) 4
c) 5
d) 7
e) 9
[H+] = 1,0 x 10-2 mol/L
pH = -log(1,0 x 10-2)
pH = 2,0
Imagem: Autor desconhecido/
Disponibilizado por Arcadian/ United
States Public Domain
1. (PUC-RIO/2008) O estômago
produz suco gástrico constituído
de ácido clorídrico, muco,
enzimas e sais. O valor de pH no
interior do estômago deriva,
principalmente, do ácido
clorídrico presente. Sendo o
ácido clorídrico um ácido forte, a
sua ionização é total em meio
aquoso, e a concentração de H+
em quantidade de matéria nesse
meio será a mesma do ácido de
origem. Assim, uma solução
aquosa de ácido clorídrico em
concentração 0,01 mol L-1 terá
pH igual a:
QUÍMICA, 2º Ano
Produto iônico da água, pH e pOH, solução tampão
Exercícios de fixação
Sabemos que Ka = M.2 e [H+] = M.
a) 
1,8.10 5
0 ,72
= 5 x 10-3 = 0,5%
b) [H+] = 0,72 x 0,005 = 3,6 x 10-3
mol/L
Imagem: Autor desconhecido/
Disponibilizado por Guam/ GNU
Free Documentation License
2. O vinagre pode ser
considerado uma solução
de concentração 0,72 mol/L
em relação ao ácido
acético, cuja constante de
ionização (Ka) é 1,8.10-5, a
25°C. Determine:
a) o grau de ionização ()
do ácido nessa
temperatura.
b) a concentração molar
de íons H+ do vinagre.
QUÍMICA, 2º Ano
Produto iônico da água, pH e pOH, solução tampão
Exercícios de fixação
3. (PUC-Campinas) Uma área
agrícola foi adubada com
amônia, nitrato e fosfato de
amônio. Na amostra das
águas residuais da irrigação
dessa área, verifica-se que
a concentração de íons OHé igual a 8.10-5 mol/L. Qual
o pH da amostra?
(dados: log 8 = 0,9)
[OH-] = 8.10-5 mol/L
pOH = -log (8.10-5) = 5 – 0,9 = 4,1
pH + pOH = 14
pH = 14 – 4,1
pH = 9,9
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Produto iônico da água, pH e pOH, solução tampão
Exercícios de fixação
5. Considere certa quantidade de água e suco de limão,
misturados, contida em um copo. Analise estas três
afirmativas concernentes a esse sistema:
I. O sistema é ácido.
II. O pH do sistema é maior que 7.
III. No sistema, a concentração dos íons H+ é maior que a dos OH–.
A partir dessa análise, é CORRETO afirmar que
a)
b)
c)
d)
e)
apenas as afirmativas I e II estão certas.
apenas as afirmativas I e III estão certas.
apenas as afirmativas II e III estão certas.
as três afirmativas estão certas.
nenhuma afirmativa está certa.
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Produto iônico da água, pH e pOH, solução tampão
Atividade extra: extrato de repolho roxo
Fundamentos:
• por apresentar cores diversas conforme a acidez ou basicidade do meio
em que se encontra, o extrato de repolho roxo pode constituir-se bom
indicador universal de pH, substituindo – ainda que para menor número
de faixas de pH – os papéis indicadores universais, que só podem ser
adquiridos em lojas especializadas e não são encontráveis em todas as
regiões do país. Neste experimento, será usado extrato de repolho roxo
para construção de uma escala de pH.
• referência:
http://www.qnesc.sbq.org.br/online/qnesc01/exper1.pdf
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Produto iônico da água, pH e pOH, solução tampão
Tabela de Imagens
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3a
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30/08/2012
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