A escala de pH

RKA8JV - Olá! Tudo bem com você? Você vai assistir agora a mais uma aula de Ciências da Natureza. Nesta aula, vamos conversar sobre a escala pH. Para conversar sobre isso, vamos considerar que temos uma amostra de água pura. Ah, antes disso é bom lembrar que o íon hidrônio possui uma concentração igual a 1,0 vezes 10⁻⁷ M. Como as concentrações costumam ser muito pequenas, fica muito mais conveniente expressar a concentração do íon hidrônio em termos de pH, e o pH é definido como logaritmo negativo da concentração de íon hidrônio. Uma vez que H⁺ e H₃O⁺ são usados alternadamente em química, às vezes, você vai ver a equação de pH escrita como pH sendo igual ao log negativo da concentração de íon H⁺. Portanto, para encontrar o pH da água pura, precisamos apenas substituir a concentração de íons de hidrônio em nossa equação. pH = -log (1,0 vezes 10 ⁻⁷), e isso é igual a 7. Portanto, o pH da água pura a 25 °C é igual a 7. Observe que há dois algarismos significativos para a concentração e duas casas decimais para a resposta final, e isso porque para um logaritmo, apenas os números à direita da vírgula decimal são algarismos significativos. Portanto, dois algarismos significativos para uma concentração significam duas casas decimais. Vamos dizer, agora, que temos uma amostra de suco de limão, e a concentração medida de íons hidrônio na solução é igual a 3,6 vezes 10⁻⁴ M. Como temos a concentração de íons hidrônio, podemos simplesmente substituir essa concentração na equação para obter um pH. Sendo assim, o pH igual a menos log da concentração do hidrônio, que é (3,6 vezes 10⁻⁴), e isso é igual a 3,44. Observe que temos dois algarismos significativos para a concentração, portanto, temos duas casas decimais em nossa resposta final. Ao substituir o -log (3,6 vezes 10⁻⁴) na calculadora, você vai encontrar 3,44 para a resposta, do jeito que encontramos. No entanto, existe uma maneira de estimar o pH sem usar uma calculadora. O primeiro passo é dizer que (3,6 vezes 10⁻⁴) está entre 1 vezes 10⁻⁴ e 10 vezes 10⁻⁴ . 10 vezes 10⁻⁴ é a mesma coisa que 1 vezes 10⁻³. Se a concentração de íons hidrônio for 1 vezes 10⁻³, você pode encontrar o pH disso sem usar uma calculadora, se souber seus logaritmos, claro. O pH, nesse caso, seria igual a 3. E se a concentração de íons hidrônio for 1 vezes 10⁻⁴, como esse é um sistema logaritmo de base 10, o -log (1 vezes 10⁻⁴) é igual a 4, ou seja, teríamos um pH igual a 4. Uma vez que 3,6 vezes 10⁻⁴ está entre 1 vezes 10⁻⁴ e 1 vezes 10⁻³, o pH dessa concentração deve estar entre um pH de 4 e um pH de 3. Vimos isso em nossa calculadora, o pH acabou sendo igual a 3,44. Vamos dizer, agora, que temos alguma solução de limpeza em uma temperatura ambiente, que é de 25 °C, e que a solução de limpeza contém um pouco de amônia. A concentração de íons hidróxido em solução é medida e possui um valor igual a 2,0 vezes 10⁻³ M. O nosso objetivo aqui é calcular o pH dessa solução. O primeiro passo a fazer é usar a equação "Ka", que diz que a concentração de íons hidrônio vezes a concentração de íons hidróxido é igual a "Ka", que a 25 °C é igual a 1,0 vezes 10⁻¹⁴. Podemos substituir a concentração de íons hidróxido na equação de "Ka". Então, isso vai ser 2,0 vezes 10⁻³. Não sabemos a concentração de íons hidrônio, vamos então colocar um "x" aqui e aí resolver para esse "x". Ah claro, isso aqui é igual a 1 vezes 10⁻¹⁴ . Resolvendo para "x", "x" fica sendo igual a 5 vezes 10⁻¹² e isso é igual à concentração de íons hidrônio. Portanto, a concentração de íons hidrônio é igual a 5,0 vezes 10⁻¹² M. Agora que sabemos a concentração de íons hidrônio na solução, podemos substituir isso em nossa equação para encontrar o pH. Ao fazer isso, chegamos à conclusão que pH = -log (5,0 vezes 10⁻¹²), e isso é igual a 11,30. Observe que como temos dois algarismos significativos para a concentração, precisamos de duas casas decimais em nossa resposta final. Agora que calculamos o pH de três substâncias diferentes, vamos descobrir onde elas se classificam no que é chamado de escala de pH. A escala de pH normalmente vai de zero a 14, no entanto, é possível ir abaixo de zero ou ir acima de 14. Neste vídeo, a gente já calculou o pH de uma amostra de água pura a 25 °C, e chegamos a um valor igual a 7,00. Isso coloca a água bem no meio da escala de pH. Inclusive, normalmente falamos que a água é uma substância neutra. Uma substância aquosa com pH de 7 é considerada uma solução neutra. Já uma solução aquosa com pH inferior a 7 é considerada uma solução ácida. Para o suco de limão, calculamos o pH e chegamos a um valor igual a 3,44, que está mais ou menos aqui em nossa escala de pH, então, o suco de limão é ácido. Aí, o conforme você vai para a esquerda na escala de pH, você aumenta a acidez. Por exemplo, se tivéssemos uma solução com pH 6 e outra solução com pH 5, a solução com pH 5 seria mais ácida. Voltando à nossa equação para o pH, o pH é igual ao logaritmo negativo da concentração de íons hidrônio. Repare que temos um log com base 10 aqui, portanto, a solução com pH 5 é 10 vezes mais ácida do que uma solução com pH 6. É por causa da forma como a equação foi escrita que quanto maior a concentração de íons hidrônio na solução, menor o valor do pH, e quanto menor a concentração dos íons hidrogênio em solução, maior o valor do pH deles. Agora, por outro lado, se a gente tem uma solução aquosa que tem um pH > 7, a gente costuma dizer que a solução é básica. Por exemplo, a nossa solução de limpeza com um pouco de amônia tinha um pH de 11,30, ou seja, estamos mais ou menos aqui em nossa escala de pH. Portanto, poderíamos considerar essa solução de limpeza com amônia sendo uma solução básica. Conforme você se move para a direita na escala de pH, você aumenta a basicidade da solução. A gente viu aqui que o pH é igual a -log da concentração de íons hidrônio, que você também pode escrever da seguinte forma: pH = -log[H⁺]. Fazer dessa forma deixa mais fácil ver como o padrão funciona para outras situações. Por exemplo, o pOH é defnido como log negativo da concentração de íons hidróxido. Temos o pOH aqui e a concentração de íons hidróxido aqui, da mesma forma escrevemos o pH como a concentração de íons H⁺ aqui. Também temos o pKa, e isso é igual a -logKa, que inclusive vale a pena a gente lembrar o que é o "Ka". A gente sabe que a concentração de íons hidrônio vezes a concentração de um hidróxido é igual a "Ka", certo? Aí, calculando o -log de ambos os lados desta equação e usando as propriedades do logaritmo, chegamos à seguinte expressão: -log [H₃O⁺] + (-log [OH⁻]) = -logKa. O -log da concentração de H₃O⁺ é igual ao pH, então, podemos escrever o pH aqui, mais o -log da concentração de íons hidróxido, que é igual ao pOH. Então, temos pH + pOH e isso sendo igual ao -logKa, que é igual a pKa. A 25 °C, Ka = 1,0 vezes 10⁻¹⁴, portanto o -logKa é o -log(1,0 vezes 10⁻¹⁴), que é igual a 14,00. Sabendo disso, podemos substituir 14,00 no lugar de pKa, o que nos dá uma equação muito útil que diz que o pH + pOH = 14,00. E esta equação é verdadeira para uma temperatura igual a 25 °C. Eu espero que você tenha compreendido todas as ideias certinho e, mais uma vez, eu quero deixar para você um grande abraço e dizer que te encontro na próxima. Então, até lá!