Potencial Hidrogeniônico (pH) - Indicadores ácido-base

Potencial Hidrogeniônico (pH) - Indicadores ácido-base

Segundo Arrhenius, um ácido é todo composto molecular que em solução aquosa sofre ionização liberando H⁺ e uma base é todo composto iônico que em solução aquosa libera OH^-. Portanto, os valores de [H⁺] e do [OH^-] indicam o caráter ácido ou básico das soluções aquosas.

Associamos as soluções ácidas ao sabor azedo. Associamos as soluções básicas ao sabor adstringente. Não se deve provar as soluções para identificá-las, pois vários delas são extremamente reativos.

É importante poder medir o carácter ácido-básico em substâncias. Utilizamos essa medição em vários aspectos de nossa vida. Por exemplo, identificando as chuvas ácidas, medindo a acidez do solo e a acidez do sangue. A mistura de ácidos e bases pode cancelar ou neutralizar os seus efeitos.

A escala pH mede o caráter ácido ou básico de soluções. O termo pH foi introduzido, em 1909, pelo químico dinamarquês Søren Sørensen (1868-1939).

Ionização da Água

A equação abreviada do equilíbrio iônico da água é:

Como acontece com todas as ionizações, a ionização da água é reversível.

O produto iônico da água (K_w) demonstra a condição de equilíbrio da autoionização da água.

K_W = [H⁺] . [OH^-]

O produto da molaridade de H⁺ e OH^-  a 25^oC  e  P= 1 atm é sempre 1,0 x 10^-14. Como todas outras constantes de equilíbrio, K_W varia com a temperatura.

Portanto:

K_W = [H⁺] . [OH^-] = 1,0 x 10^-14             a 25^oC  e  P= 1 atm.

Água pura é neutra apresentando concentrações iguais de H⁺ e de OH^-. A molaridade de H⁺ (H₃O⁺) e de OH^- na água pura é ambos de 1,0 x 10^-7 M a 25^oC.

Os valores de concentração de H⁺ e OH^- variam dependendo da acidez ou da basicidade da solução. As concentrações de H⁺ e OH^-  são diferentes em águas puras, soluções ácidas e soluções básicas. Quando substâncias são misturadas com água, a mistura pode se tornar ácida ou básica. Se um ácido (H⁺) é adicionado a água, a concentração de (OH^-) diminui. Se uma base (OH^-) é adicionada a água, a concentração de (H⁺) diminui.  Alguns exemplos de substâncias ácidas são vinagre e suco de limão.  Alguns exemplos de substâncias básicas são leite de magnésia e sabonete.

Resumindo

Para soluções aquosas ácidas:

[H⁺] aumenta [H⁺] > 10^-7 mol/L
[OH^-] diminui [OH-] < 10^-7 mol/L

Para soluções aquosas básicas:

[OH^-] aumenta [OH^-] > 10^-7 mol/L
[H⁺] diminui [H⁺] < 10^-7 mol/L

Permanece sempre a constante do produto iônica da água:

K_W = [H⁺] . [OH^-]=1,0 x 10^-14.

Como vimos acima, os valores de [H⁺] e [OH^-] indicam o caráter ácido ou básico das soluções aquosas. Esses valores são expressos por números com expoentes negativos, como 10^-14 ou 10^-7.

Escala da pH

Sendo mais fácil trabalhar com logaritmos do que expoentes negativos, o químico dinamarquês Søren Sørensen (1868-1939) propôs transformar os expoentes em logaritmos.

Portanto:

pH = -log [H⁺]
e
pOH = -log [OH^-]

A letra p significa potência.

Como já vimos

[H⁺] . [OH^-] = 10^-14                

Transformando em logaritmos temos:

log[H⁺] +log [OH^-] = -14

Trocando os sinais

- log[H⁺] - log [OH^-] = 14

Portanto

pH + pOH = 14

Em água pura

pH = pOH = 7

É importante resaltar que quando calculamos o pH e o pOH a base logarítmica é sempre 10.

A escala de pH vai de 0 a 14. A medida do pH permite identificar se uma solução é ácida, básica (alcalina) ou neutra.

pH = 7 solução neutra.

pH < 7 solução ácida  quanto menor o pH, mais ácida a solução.

pH > 7 solução básica quanto maior o pH, mais básica a solução.

A escala do pH é logarítmica e portanto, a diminuição de um número inteiro de pH abaixo de 7 é dez vezes mais ácido do que o número anterior. Por exemplo, pH 4 é dez vezes mais ácido do que o pH 5 e cem vezes (10 x 10) mais ácido do que o pH 6. O mesmo conceito funciona para valores acima de 7. O aumento de um número inteiro é dez vezes mais básico que o anterior. O pH 10 é dez vezes mais básico que o pH 9 e cem vezes mais básico que o pH 8.

Revisando logaritmos

Calculando pH - exemplos

Exemplo 1

Se a concentração de NaOH em uma solução é 2,5 x 10^-4 M qual é a concentração de H⁺?

Resolução

Como 1,0 x 10^-14 = [H⁺][OH^-], resolvemos a equação para [H⁺]:

(1,0 x 10^-14)/[OH^-] = [H⁺]
 (1,0 x 10^-14)/(2,5 x 10^-4) = [H⁺] = 4,0 x 10^-11 M

Exemplo 2

Qual é o pH de uma solução de 0,002 M de HCl?

Resolução

A equação do pH é

pH = -log [H⁺]
[H⁺]= 2,0 x 10^-3 M
pH = -log [2,0 x 10^-3] = 2,70 

Exemplo 3

Qual é o pH de uma solução de 0,00005M de NaOH?

Resolução

A equação do pOH é -log [OH^-]

pOH = -log [OH^-]
[OH-]= 5,0 x 10^-5 M
pOH = -log [5,0 x 10^-5] = 4,30
pK_w = pH + pOH
pH = pK_w – pOH

Então

pH = 14 - 4.30 = 9.70

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