Equilíbrio iônico: constante de acidez e basicidade e lei da diluição (ENEM Química): Notas de revisão

Equilíbrio iônico: constante de acidez e basicidade e lei da diluição

O que é equilíbrio iônico?

O equilíbrio iônico é um tipo especial de equilíbrio químico que acontece quando substâncias se dissociam em íons. Imagine uma reação onde um ácido genérico HA se ioniza:

$\text{HA} \rightleftharpoons \text{H}^+ + \text{A}^-$

Essa reação mostra que o processo de ionização pode acontecer nos dois sentidos - é reversível! Os íons H⁺ e A⁻ podem se reagrupar para formar novamente o ácido HA.

Constante de ionização (Ki)

A constante de ionização nos ajuda a entender o quanto uma substância se ioniza em solução. Ela é calculada usando as concentrações das espécies no equilíbrio:

$K_i = \frac{[\text{H}^+][\text{A}^-]}{[\text{HA}]}$

Constante de acidez (Ka)

Quando falamos de ácidos, usamos a constante de acidez (Ka). Esta constante nos mostra a força do ácido - quanto maior o Ka, mais forte é o ácido.

Exemplo com ácido clorídrico (HCl):

• Reação: $\text{HCl} \rightleftharpoons \text{H}^+ + \text{Cl}^-$
• Fórmula: $K_a = \frac{[\text{H}^+][\text{Cl}^-]}{[\text{HCl}]}$

Para ser mais preciso, podemos considerar a formação do íon hidrônio (H₃O⁺):

• Reação completa: $\text{HCl} + \text{H}_2\text{O} \rightleftharpoons \text{H}_3\text{O}^+ + \text{Cl}^-$
• Fórmula: $K_a = \frac{[\text{H}_3\text{O}^+][\text{Cl}^-]}{[\text{HCl}]}$

Como a água está em excesso (solvente), não aparece na expressão da concentração.

Constante de basicidade (Kb)

Para bases, usamos a constante de basicidade (Kb). O raciocínio é similar ao dos ácidos, mas agora focamos nos íons OH⁻.

Exemplo com hidróxido de sódio (NaOH):

• Reação: $\text{NaOH} \rightleftharpoons \text{Na}^+ + \text{OH}^-$
• Fórmula: $K_b = \frac{[\text{Na}^+][\text{OH}^-]}{[\text{NaOH}]}$

Assim como com os ácidos, quanto maior o Kb, mais forte é a base!

Lei de diluição de Ostwald

Esta lei é muito útil quando trabalhamos com ácidos ou bases fracas. Ela relaciona a constante de ionização com o grau de ionização (α) e a concentração molar (M).

Fórmula geral:

$K_i = \frac{\alpha^2 \times M}{1 - \alpha}$

Para ácidos muito fracos:

Quando α é muito pequeno (menor que 5%), podemos simplificar: $K_i \approx \alpha^2 \times M$

Equilíbrio iônico da água

A água pura também se ioniza um pouquinho! Duas moléculas de água podem reagir entre si:

$\text{H}_2\text{O} + \text{H}_2\text{O} \rightleftharpoons \text{H}_3\text{O}^+ + \text{OH}^-$

Ou de forma simplificada: $\text{H}_2\text{O} \rightleftharpoons \text{H}^+ + \text{OH}^-$

Produto iônico da água (Kw):

$K_w = [\text{H}^+] \times [\text{OH}^-] = :highlight[10^{-14}] \text{ (a 25°C)}$

Características importantes:

• Em água pura: $[\text{H}^+] = [\text{OH}^-] = :highlight[10^{-7}]$ M
• Em soluções ácidas: $[\text{H}^+] > 10^{-7}$ M
• Em soluções básicas: $[\text{OH}^-] > 10^{-7}$ M