O que é Equilíbrio iônico?

Na química, existem os equilíbrios iônicos, molecular e químico, que somente acontecem quando a reação for reversível, ou seja, for direta e inversa. Então venha estudar conosco e se preparar para a prova do Enem!

Segundo Arrhenius, os ácidos sofrem ionização na presença de água, formando íons que não existiam anteriormente. Já as bases sofrem dissociação na água, com a separação de íons já existentes. As reações de ionização e de dissociação são reações reversíveis que podem atingir o equilíbrio iônico.

Mas o que significa alcançar o equilíbrio iônico?

O equilíbrio iônico ocorre em solução aquosa e representa todo equilíbrio químico que envolve a participação de íons.

Relembrando: os íons são átomos que possuem carência ou excesso de elétrons. Quando esses perdem ou ganham elétrons, eles passam a apresentar uma carga elétrica, deixando de ser neutros.

A ionização é o processo onde os átomos de um grupo de átomos neutros são carregados eletricamente, se transformando em íons. Ela pode ocorrer em várias situações e em vários meios, seja em meios líquidos, sólidos ou gasosos. A ionização de ácidos e bases em solução aquosa são os casos mais importantes de equilíbrio iônico.

Ionização de um ácido

A ionização de um ácido é um processo químico que envolve a produção de íons quando um ácido é dissolvido em água, liberando H+ em solução e formando íons hidrônio H3O+.

HA   +   H2O ↔  H3O+    +     A

Dissociação de uma base

A dissociação das bases é um processo físico em que essas substâncias liberam cátions e ânions (OH) quando submetidas à dissolução em água ou ao processo de fusão.

COH   +   H2O(l)  ↔  OH(aq) + C+(aq)

O equilíbrio iônico é medido pela constante de equilíbrio e pelo grau de equilíbrio. Para que ele ocorra, é necessário que a temperatura seja constante e o sistema não realize trocas com o meio ambiente.

A constante de equilíbrio iônico é uma grandeza que caracteriza o equilíbrio levando em consideração aspectos cinéticos das reações químicas. É obtida a partir das concentrações das espécies participantes, conforme a expressão:

Como os equilíbrios iônicos ocorrem em soluções (em geral aquosas), define-se Ki a partir da constante de equilíbrio em termos de concentrações em quantidade de matéria (mol/L) Kc.

Considerando uma reação reversível de ionização de um ácido genérico:

HA   +   H2O(l)   ↔    H3O+(aq)    +    A(aq)

constante Kc de equilíbrio iônico

Como a água também atua como solvente, podemos considerar sua concentração praticamente constante e incluir o valor [H2O] no valor de Kc:

cálculo constante de equilíbrio iônico

Kc . [H2O] =  Ki, então:

cálculo de Ki

No caso dos ácidos, Ki é também simbolizado por Ka.

Para a dissociação de uma base temos:

COH  ↔ C+(aq) + OH(aq)

constante equilíbrio iônico de bases

No caso das bases, Ki é também simbolizado por Kb.

Em relação aos valores das constantes, é importante que:

a) quanto maior o valor de Ka, maior a ionização do ácido; portanto, maior a sua força e vice-versa.

b) quanto maior o valor de Kb, maior a dissociação da base; portanto, maior a sua força e vice-versa.

c) os valores de Ka e Kb, assim como os valores de Kc, só variam com a temperatura.

A força de um ácido ou de uma base está diretamente relacionada ao grau de ionização ou de dissociação (α) da substância, assim como ao valor de Ki.

O grau de ionização (α) ou de dissociação é outro indicador da força de um ácido ou de uma base. Quanto maior o valor de α, mais forte será o ácido ou a base e vice-versa.

grau de ionização fórmula

Assim, temos que:

α < 5% = fraco

5% < α < 50% = moderado

α > 50% = forte

O precursor da físico-química, o alemão Wilhelm Ostwald (1853-1932), estudando os equilíbrios iônicos, deduziu a lei conhecida atualmente como Lei da Diluição de Ostwald, que segundo a qual: “a dada temperatura, à medida que a concentração em quantidade de matéria de um eletrólito (ácido, base, sal) diminui, seu grau de ionização ou de dissociação aumenta.”

Como:

grau de ionização fórmula

ou Quantidade de matéria ionizada ou dissociada = α . quantidade de matéria inicial

A demonstração é simples, basta escrever o quadro das concentrações envolvidas no equilíbrio e calcular a constante de forma usual.

A lei da diluição de Ostwald é expressa por:

Onde:

Ki = constante de ionização

[C+] = concentração de cátions

[A] = concentração de ânions

[CA] = concentração do composto não ionizado ou não dissociado

M = concentração em mol/L

α = grau de ionização

Para monoácidos temos:

Para monobases temos:

Ao trabalhar com ácidos ou bases fracos, cujo α é menor que 5%, a expressão pode ser simplificada para:

Ka = M . α² e Kb =  M . α²

Quanto maior a constante, maior a força do ácido ou da base:

K < 1 = desloca para os reagentes

K > 1 = desloca para os produtos

Nos ácidos e bases fortes, a dissociação é quase completa, não ocorrendo um estado de equilíbrio. Portanto, as constantes são calculadas nos processos de dissociação de ácidos e bases fracas.

Pela Lei de Ostwald, toda vez que acrescentamos solvente em uma solução, ele irá aumentar o grau de ionização dessa solução. Quanto menor for a molaridade, menor será a ionização do eletrólito, porque a constante (Ki) deve ser sempre constante. Isso acontece porque o solvente deixa a solução mais diluída, o que faz com que a concentração da matéria seja cada vez menor, de modo inverso, o seu grau de ionização cada vez maior.

Vamos fazer um exercício juntos?

(UESPI) A fadiga muscular, comum quando se executa um grande esforço físico, é causada pelo acúmulo de ácido láctico (HC3H5O3) nas fibras musculares de nosso organismo. Considerando que, em uma solução aquosa 0,100M, temos 3,7% do ácido láctico dissociado, determine o valor da constante de acidez (Ka). Dados de massa atômica:

H = 1

O = 16

C =12

a) 1,0 x 10-¹

b) 1,4 . 10-4

c) 2,7 . 10²

d) 3,7 . 10²

e) 3,7 . 10³

gab.: B

Resolução:

M = 0,1 mol/L = 10¹

α =  3,7% = 3,7 . 10²

Ka =  M . α²

Ka = 10¹ . (3,7 . 10²)²

Ka = 10¹.13,69. 10-4

Ka = 1,369 . 10-4

Ka aproximado = 1,4 . 10-4

Equilíbrio Iônico e pressão

Os equilíbrios iônicos ocorrem em solução, assim, eles praticamente não sofrem deslocamento com a variação de pressão. A variação de pressão só afeta sensivelmente os equilíbrios que envolvem substâncias na fase gasosa, e o aumento de temperatura favorece mais a reação que ocorre com absorção de calor (endotérmica), modificando o valor de Ki.

Considerando a temperatura constante, o fator que pode deslocar um equilíbrio iônico é a variação nas concentrações dos reagentes e dos produtos. Essa variação pode ocorrer de duas maneiras:

a) adição de substâncias ou de íons que participam do equilíbrio: aplicando o Princípio de Le Chatelier, concluímos que o equilíbrio será deslocado no sentido em que a substância ou o íon acrescentado é consumido, de modo a anular ou minimizar a perturbação sofrida.

b) adição de substâncias ou de íons que reagem consumindo as espécies químicas que participam do equilíbrio: aplicando o Princípio de Le Chatelier, concluímos que o equilíbrio será deslocado no sentido de formação da substância ou do íon consumido, de modo a anular ou a minimizar a perturbação sofrida.

Vamos assistir ao vídeo e aumentar nossos conhecimentos de equilíbrio iônico?

Agora vamos aos exercícios:

1) (UFSM-RS) Considere as constantes de ionização dos ácidos I, II e III: KI = 7.10-5, KII =  1.10-7, KIII = 2 . 10-9. Colocando-se em ordem crescente de acidez, têm-se:

a) I, II e III

b) I, III e II

c) II, III e I

d) III, I e II

e) III, II e I

gab.: E (resolução: quanto maior a constante de ionização, maior será o grau de acidez do composto).

2) (FATEC-SP) Uma solução de ácido fraco HClO foi analisada, tendo-se verificado no equilíbrio a existência das seguintes concentrações:

[H3O+] = 1,78.10-4 mol/L;

[ClO] = 1,78.10-4 mol/L

[HClO] = 1,0 mol/L.

Determine a constante do ácido:

a) 31,68 . 10-8

b) 3,17 . 10-9

c) 3,17 . 10-8

e) 31,68 . 10-10

gab.: C

3) (UFPA) A partir da constante de ionização do ácido acético, que é igual a 1,8.10-5 mol/L. Determinar o grau de ionização de uma solução 0,045M do referido ácido:

a) 0,02

b) 0,002

c) 0,003

d) 0,004

e) 0,03

gab: A

4) (PUCCAMP-SP) Para aumentar efetivamente a concentração de íons carbonato no equilíbrio:

HCO3(aq)  +  OH(aq)      ↔    H2O(l)   +   CO3²(aq)

Deve-se adicionar:

a) HCl

b) H2SO4

c) NaOH

d) H2O

e) CH3COOH

gab: C

 

Sobre o(a) autor(a):

Texto elaborado por Roseli Prieto, professora de Química e Biologia da rede estadual de São Paulo. Já atuou em diversas escolas públicas e privadas de Santos (SP). É Gestora Ambiental e Especialista em Planejamento e Gestora de cursos a distância.