Química Avançada 2015 - Discursiva 4

RKA7MP - Responda às seguintes questões sobre a solubilidade do hidróxido de cálcio Ca(OH)₂. A gente tem aqui a letra "a": escreva a equação química balanceada para a dissolução do hidróxido de cálcio sólido em água pura. Nós vamos começar escrevendo Ca(OH)₂. A gente vai começar colocando o hidróxido de cálcio, lembrando que, aqui, ele é sólido, e ele vai estar em equilíbrio. Então, eu vou representar com as flechinhas deste jeito. Do meu lado direito, eu vou ter um íon de cálcio, Ca²⁺, e não vamos esquecer de colocar o (aq), e eu vou ter mais OH-. Então, mais íon hidróxido (aq). Olhando do lado esquerdo, percebam que para cada mol de cálcio, para cada íon de cálcio, eu vou ter 2 mols de hidróxido. Então, aqui, eu tenho que colocar um 2 para a gente balancear essa equação. Vamos para a próxima questão. Calcule a solubilidade molar de hidróxido de cálcio em 01 molar de nitrato de cálcio. Perceba que na questão "b" a gente não tem água pura, a gente tem uma solução com uma concentração de 01 molar do nitrato de cálcio, que você provavelmente já sabe que é um sal muito solúvel. Vamos marcar aqui: muito solúvel. Ele é muito solúvel. Ele é muito solúvel porque é um sal nitrogenado. Agora, como nós pensamos na solubilidade molar do nitrato de cálcio? Quanto de cálcio a mais pode ser dissolvido quando você já tem uma certa quantidade de cálcio? E para qualquer concentração de cálcio que é dissolvida, você vai ter 2 vezes a concentração de hidróxido que é dissolvido. E você pode ter adivinhado que isso envolve a constante de solubilidade. Nós vamos começar escrevendo aqui o Kps. Kps A constante de solubilidade é dada pela concentração das coisas que são dissolvidas, ou seja, você tem íons de cálcio e íons hidróxido. Vou marcar aqui um igual e vou marcar os íons de cálcio, Ca²⁺, e eu tenho aqui também os íons hidróxido, OH-, E lembrando que, como a gente tem uma relação de 1 para 2, eu tenho que elevar a minha concentração de hidróxido, de íon hidróxido, ao quadrado. Alguns de vocês devem estar pensando que isso parece uma constante de equilíbrio, certo? Mas se você estivesse lidando com uma constante de equilíbrio, você dividiria a concentração dos seus produtos pela concentração dos seus reagentes, e a gente poderia ter feito uma constante de equilíbrio aqui, mas a concentração do reagente, bom, vamos pensar no que está acontecendo aqui. Imaginem que eu tenha um recipiente, eu tenho, por exemplo, um Becker, e a gente tem um bloco de hidróxido de cálcio. Eu tenho este bloco no meu recipiente, e, aqui dentro, eu tenho água, por exemplo. O que acontece é que nós estaríamos saturados, a gente teria uma maior quantidade de íons nesta solução. Imagine que, aqui, eu teria vários íons que eu estou marcando. Toda vez que você tem do hidróxido de cálcio que é dissolvido, você tem uma quantidade igual que se forma na solução. Por exemplo, eu teria aqui, estaria saindo daqui desse meu bloco. Você está fazendo uma constante de equilíbrio, você ia dividir a sua concentração de hidróxido de cálcio, do hidróxido de cálcio sólido, mas a gente não está muito acostumado com as concentrações de sólidos em termos de molaridade. Mas isso vai ser uma constante porque, se existe qualquer hidróxido de cálcio dissolvido, o volume diminui e, se ele se forma, o volume aumenta. Então, a concentração permanece constante aqui. A convenção diz para a gente multiplicar ambos os lados para obter a constante de solubilidade, e, daí, a gente vai ter o Kps. Mas como a gente usa isso? A gente já tem alguns íons de cálcio, vou escrever aqui. Já temos... já temos 0,1 molar de íons de cálcio, Ca²⁺, e nós vamos adicionar, vou marcar aqui, a gente vai adicionar, vou abreviar. X molar (XM), que eu não sei essa concentração, de Ca²⁺, de íons de cálcio através... através da dissolução... da dissolução... do hidróxido de cálcio, Ca(OH)₂. Então, nós poderíamos dizer aqui que a gente estaria adicionando 2X molar, uma concentração de OH-, porque para cada mol de íon de cálcio, eu vou ter 2 mols de OH-. Então, eu ganharia 2 vezes a concentração que eu ganharia aqui no cálcio, por isso eu marquei. E como a gente vai usar isso na nossa constante de solubilidade? A gente já tem esse valor de 0,1 molar, então nós vamos marcar aqui que isso vai ser igual... a 0,1 molar mais "X" que é a concentração que eu vou ganhar, e, aqui, eu vou multiplicar 2X, pois eu sei que vou ganhar 2 mols de íon hidróxido, e eu tenho que elevar ao quadrado. Isso vai ser igual à nossa constante de solubilidade. Se a gente voltar no começo do problema, o valor é de 1,3 vezes 10⁻⁶. A gente vai colocar isso em nossa continha. Então, vou marcar 1,3 vezes 10⁻⁶. Agora, nós temos um problema. Se você tentar resolver isso, por exemplo, a gente vai ter 4X², e a gente vai ter que multiplicar por esse "X" que a gente tem aqui, vai ficar uma conta meio difícil de resolver, vai ficar meio complicado. E existe uma maneira de a gente facilitar a nossa vida: a gente pode dizer que esse termo aqui, onde eu tenho 0,1 mais "X", eu posso dizer que o "X" vai ser muito menor que 0,10. A gente viu, aqui em cima, que o nitrato de cálcio é muito solúvel, então a quantidade que a gente vai adicionar na concentração de cálcio é muito pequena. É praticamente a mesma coisa que eu falar que 0,1 mais "X" é praticamente 0,1. Se a gente fizer essa suposição, a gente pode dizer que a gente tem 1,3 vezes 10⁻⁶, que vai ser igual a 0,1 e eu vou fazer isso vezes 2X². Então, se eu resolver esse termo da minha equação, eu vou ter 1,3 vezes 10⁻⁶ e vai ser igual a 0,1 vezes 4X². Vou continuar aqui em cima, onde eu tenho mais espaço, para a gente fazer essa conta. Se eu isolar o "X", eu vou ter X², que vai ser igual a 1,3 vezes 10⁻⁶. E isto aqui eu vou dividir por 0,1 vezes 4. Se eu quiser pular uma etapa, posso colocar aqui direto 0,4. Para resolver isso, eu posso fazer direto a minha conta, posso dizer que isso tudo vai ser igual a √1,3 vezes 10⁻⁶, dividido por 0,4. Vou fazer essa conta direto em minha calculadora. Vou fazer 1,3 vezes 10⁻⁶ e vou dividir por 0,4. E, agora, só preciso tirar a raiz desse valor. Eu vou ter aproximadamente 0,0018 molar. Vou fazer em uma cor diferente para a gente enxergar. Então, o meu "X", a concentração, vai ser 0,0018 molar. Vou colocar isso em uma caixinha para a gente poder visualizar bem. Essa é a nossa resposta. Se você quiser se sentir melhor com ela, você pode substituir este valor na nossa equação, e você vai encontrar um valor próximo de 1,3 vezes 10⁻⁶. Agora, a gente vai fazer a última parte. Na caixa abaixo, complete a representação da partícula incluindo 4 moléculas de água com a orientação adequada ao redor do íon de cálcio E a gente tem que representar as moléculas como esta figura está dizendo. Bom, as moléculas de água que a gente conhece são polares. Isto vai ser o meu oxigênio e, aqui, eu vou ter os hidrogênios, então tenho 2 hidrogênios. Aqui nós temos um par de elétrons. E, aqui, nós vamos ter uma carga parcialmente negativa. Eu vou representar essa carga parcialmente negativa deste jeito. E, como a gente já viu nos outros vídeos, o hidrogênio vai ter uma carga parcialmente positiva. Vou marcar desta maneira. O oxigênio vai estar orientado para o íon de cálcio, porque você vai ter uma carga parcialmente negativa no oxigênio. Esta carga parcialmente negativa vai ser atraída por esta carga positiva que nós temos aqui. Vou começar desenhando. Eu tenho um oxigênio e vou desenhar os hidrogênios. Vou apagar aquele risquinho ali no meio. E o problema pediu para a gente desenhar 4, então, eu vou desenhar mais uma aqui. E, aqui, nós vamos ter os hidrogênios, vou desenhar uma outra aqui também. E eu vou desenhar uma outra aqui. Se você quiser marcar quem é o oxigênio e o hidrogênio, só vou colocar para desencargo de consciência. Aqui, eu tenho o oxigênio, os hidrogênios, oxigênio, hidrogênio, hidrogênio, hidrogênio, hidrogênio e, aqui, eu tenho outro oxigênio.