A Lei da diluição de Ostwald ou lei de Ostwald estabelece uma equação matemática para calcular a constante de equilíbrio de uma ionização ou dissociação. Entenda!
A Lei da diluição de Ostwald ou lei de Ostwald estabelece a relação entre a concentração inicial de um ácido ou uma base e seu grau de ionização. A partir dessa equação matemática podemos determinar sua constante de ionização ou dissociação.
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O que é a Lei de diluição de Ostwald
Esta lei foi proposta no final do século XIX pelo químico russo Friedrich Wilhelm Ostwald. Ela estabelece uma equação matemática para calcular a constante de equilíbrio de uma ionização ou dissociação, desde que o equilíbrio envolva um monoácido ou uma monobase presente em soluções diluídas.
Observe que uma solução diluída apresenta quantidade de solvente muito maior do que de soluto. Lembrando que um monoácido é um ácido que apresenta apenas um hidrogênio ionizável. Como exemplo temos o HCl (ácido clorídrico) e o HCN (ácido cianídrico).
Enquanto isso, uma monobase é uma base que tem apenas um grupo hidroxila (OH-) em sua formulação. Como exemplo de monobase podemos citar o NaOH (hidróxido de sódio), o LiOH (Hidróxido de lítio) e o KOH (hidróxido de potássio).
Concentração molar e ionização
A concentração molar ou [ ] é a relação entre o número de mols em um certo volume, sendo que sua unidade é dada em mol/L.
Essa informação é importante, pois o grau de ionização envolve a quantidade de hidrogênios ionizáveis ou de hidroxilas dissociadas em água, dividida pelo número total de moléculas. Sendo assim, será representado pela seguinte fórmula:
Relacionamos o grau de ionização, a concentração inicial e a concentração do ácido ou da base em uma fórmula onde, em uma reação qualquer, temos:
| HA | ⇋ | H+ | + | A- |
| M | [H+] | [A-] |
[H+] = α x [A-]
Veja que não usamos números para representar a equação, mas apenas a concentração inicial do ácido (M) e as concentrações dos seus íons [H+] e [A-].
No caso de uma base teremos:
BOH ⇋ B+ + OH-
[OH-] = α x [B+]
Cálculo da constante de ionização
A finalidade da lei de Ostwald é calcular a constante de ionização ou de dissociação, para os ácidos e as bases, através de uma equação geral. Para isso, vamos montar uma tabela por meio da seguinte reação:
Utilizamos um ácido fraco qualquer que, na presença de água, sofre ionização e forma A+ e B-. No momento inicial da reação, temos uma concentração qualquer (M) de AB. Os produtos ainda não foram formados, então nada temos deles, sendo igual a zero.
Como AB sofre ionização, temos a quantidade de moléculas ionizadas, formando o grau de ionização (α) x M, que multiplica a concentração para todos os componentes da reação, pois temos uma proporção de 1:1. Sendo assim, os valores de AB serão iguais aos valores de A+ e B-.
Em uma situação de equilíbrio, teremos que subtrair o valor inicial do valor do equilíbrio, onde podemos simplificar:
(M – M x α) = M (1-α)
Fórmula da Lei da diluição de Ostwald
Para calcular a constante temos que dividir os produtos pelos reagentes elevados aos seus respectivos coeficientes.
Em seguida substituímos pelos valores da tabela acima e chegaremos a seguinte fórmula:
Essa fórmula é usada tanto para ácidos ou bases, e representa a Lei de diluição de Ostwald.
Caso tenhamos um ácido ou uma base fraca, o grau de ionização (α) é menor ou igual a 5%, o que representa um número muito pequeno em torno de 0,05. Se subtrairmos: 1 – 0,05, teremos como resultado um número quase igual ao número um.
Assim, para ácidos e bases fracas, a constante de ionização ou de dissociação é representada pela seguinte fórmula:
Ki = α2 x M
Lembre-se da relação a força de ácidos e bases:
α < 5% = fraco
5% < α < 50% = moderado
α > 50% forte
Relação entre a constante e a força de um ácido ou base
Em seguida, vamos interpretar o que ocorre com a relação entre a constante e a força de um ácido ou de uma base.
Na reação: HA ⇋ H+ + A-
Caso tenhamos um valor de K < 1, significa que o sentido se desloca mais para os reagentes. Ao contrário, se tivermos um valor de K > 1, significa que o sentido se desloca para os produtos da reação.
Para aumentarmos o valor da constante (K), precisamos aumentar os produtos no sentido dos íons H+. Assim, à medida que aumentamos a constante, ocorre aumento da força do ácido ou da base também. Se diminuirmos o valor da constante, ocorre diminuição da força do ácido ou da base.
A equação da Lei de diluição de Ostwald somente é utilizada para monoácidos e monobases, pois os outros tipos – como os diácidos ou as dibases – irão apresentar duas constantes de ionização e de dissociação.
No exemplo: H2S ⇋ H+ + HS-
HS- ⇋ H+ + S²-
Ostwald concluiu que quanto mais diluída for uma solução, menos concentrada ela será. Assim, maior será a ionização ou a dissociação do eletrólito.
Vamos fazer alguns exemplos?
Exemplos de aplicação da lei de Ostwald
1- (FATEC-SP-2015)
Calcule o grau de ionização de um monoácido em uma solução que apresenta uma concentração molar igual a 1,6.10-6 mol/L e constante de ionização igual a 10-9.
a) 0,25%
b) 25%
c) 2,5%
d) 0,025%
e) 0,0025%
Resolução: Temos neste exercício um ácido fraco, pois sua constante é muita baixa, então usaremos a fórmula:
Ki = α2 x M
10-9 = α2 x 1,6.10-6
10-9 / 1,6.10-5 = α2
0,625.10-3 = α2
625.10-6 = α2
α2 = 625.10-6
α = 25.10-3
Agora, para passarmos para porcentagem, basta multiplicar por 100: α = 0,25%. Portanto, a alternativa certa é a letra a) 0,25%.
2- (UESPI-2014)
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 . 10-²
d) 3,7 . 10-²
e) 3,7 . 10-³
Resolução:
M = 0,1 mol/L = 10-1
α = 3,7% = 3,7 . 10-2
Ka = M . α²
Ka = 10-1 x (3,7 . 10-²)²
Ka = 10-1 x 13,69 . 10-4
Ka = 1,369 x10-4 ou
Ka = 1,4 x 10-4
Portanto, a alternativa correta é a letra b) 1,4 . 10 -4.
3- (ITA-SP-2013)
Em uma solução aquosa 0,100 mol/L de um ácido monocarboxílico, a 25ºC, o ácido está 3,7% dissociado após o equilíbrio ter sido atingido. Assinale a opção que contém o valor correto da constante de dissociação desse ácido nessa temperatura.
a) 1,4
b) 1,4 x 10-3
c) 1,4 x 10-4
d) 3,7 x 10-2
e) 3,7 x 10-4
Resolução: α = 3,7% ou 0,037 (quando dividimos por 100) para tirar da porcentagem.
Ki = ?
M = 0,1
Como o ácido é fraco, em razão de seu baixo grau de ionização, devemos utilizar a seguinte expressão:
Ki = α2.M
Ki = (0,037)2.0,1
Ki = 0,001369.0,1
Ki = 0,0001369
Caminhando com a vírgula quatro casas para a direita, teremos: Ki = 1,369.10-4 ou aproximadamente 1,4.10-4. Ou seja, a alternativa correta é a letra C.
Videoaula sobre a lei de Ostwald
Por fim, assista a esta videoaula para complementar os seus estudos de Química:
Exercícios sobre a Lei de Ostwald
1- (Fatec-SP-2009)
O grau de ionização de um ácido em uma solução 0,1 mol.L–1, cuja constante de ionização é 9,0×10–7 a 25 ºC, vale, aproximadamente:
a) 0,3%.
b) 0,9%.
c) 3,0%.
d) 9,0%.
e) 30,0%.
2- (OSEC-SP-2016)
Sabendo-se que o grau de ionização (α) de uma solução 0,1 molar de ácido acético a 25° C é 1,35×10-2, podemos concluir que a constante de ionização do ácido acético, na mesma temperatura, é:
a) 1,84×10-3
b) 1,84×10-6
c) 1,37×10-2
d) 1,82×10-5
e) 1,52×10-4
3- (UFPA-2015)
O grau de dissociação iônica do hidróxido de amônio, NH4OH, em solução 2 mol/L é 0,283% na temperatura de 20 °C. A constante de ionização da base, nessa temperatura, é igual a:
a) 1,6 ∙ 10–5
b) 1,0 ∙ 10–3
c) 4,0 ∙ 10–3
d) 4,0 ∙ 10–2
e) 1,6 ∙ 10–1
Gabarito:
- A
- D
- A
