Propriedades ácido–base de sais

RKA22JL - Olá! Tudo bem com você? Você vai assistir, agora, a mais uma aula de ciências da natureza, e, nessa aula, vamos conversar sobre as propriedades ácido-base dos sais. Uma das coisas mais interessantes sobre os sais é que eles podem formar soluções ácidas, soluções neutras ou soluções básicas, quando dissolvidos em água. Por exemplo, se dissolvermos o cloreto de sódio em água, o cloreto de sódio sólido se transforma em cátions de sódio e ânions de cloreto em solução. A 25 °C, a solução aquosa de cloreto de sódio é neutra e tem um pH igual a 7. O motivo pelo qual o pH é igual a 7 é porque nem o cátion e nem o ânion reagem com a água, e a água tem um pH de 7 a 25 °C. Como nem o cátion e nem o ânion reagem com a água, o pH permanece sendo 7. Em uma solução diferente, é possível que o cátion ou o ânion reajam com a água e tornem a solução ácida ou básica. Com isso em mente, precisamos saber se uma solução salina será ácida, neutra ou básica. E, para isso, temos que analisar se o cátion e o ânion vão reagir ou não com a água. Um detalhe é que existem quatro combinações possíveis aqui em relação aos cátions e ânions, se vão reagir com a água ou não. Na primeira combinação, nem o cátion e nem o ânion vão reagir com a água, e, se esse for o caso, a solução resultante será neutra. Já falamos aqui sobre uma solução aquosa de cloreto de sódio ser uma solução neutra e a maneira de abordar isso é olhando para a fórmula química e dizendo que o cloreto de sódio se dissocia para formar um cátion sódio e um ânion cloreto. Aí, o próximo passo é analisar o cátion e o ânion e pensar se eles vão reagir com a água ou não. Para saber se um cátion vai reagir com a água ou não, é útil pensar em uma lista de bases fortes comuns que consistem em hidróxidos de metal do grupo 1A, e os hidróxidos de metal do grupo 2A mais pesados. Se o cátion for do grupo 1A ou do grupo 2A mais pesados, ele não vai reagir com a água. Por exemplo, em nosso caso, temos o cátion sódio, e, uma vez que o cátion sódio está no grupo 1A, o cátion sódio não vai reagir com a água. Agora, vamos pensar sobre o ânion. Para determinar se o ânion vai reagir ou não com a água, é útil pensar em uma lista de ácidos fortes comuns. Se o ânion for a base conjugada de um dos ácidos fortes, ele não vai reagir com a água. Por exemplo, em nosso caso, temos o ânion cloreto, que é a base conjugada do HCL. Visto que o CL é a base conjugada do HCL, o CL- não vai reagir com a água. Uma boa maneira de pensar sobre isso é pensar que o ácido clorídrico é um ácido forte, e, quanto mais forte é o ácido, mais fraca é a base conjugada. Portanto, o ânion cloreto é uma base tão fraca que não vai reagir com a água. Sendo assim, dizemos que o ânion cloreto é de basicidade desprezível. Uma vez que nem o cátion e nem o ânion reagem com a água, uma solução aquosa de cloreto de sódio será neutra. Como outro exemplo, podemos pensar aqui no nitrato de bário. O nitrato de bário se dissocia para formar o cátion Ba2+ e o ânion nitrato. Como o cátion Ba2+ é do grupo 2A mais pesado, ele não vai reagir com a água. Como o ânion nitrato é a base conjugada de um ácido forte, que é o ácido nítrico, o ânion nitrato não reage com a água. Visto aqui que nem o cátion e nem o ânion reagirão com a água, uma solução aquosa de nitrato de bário será neutra. A segunda combinação possível de cátion e ânion é quando o cátion não reage com a água, mas, o ânion, sim. Quando essa combinação ocorrer, a solução resultante será básica. Um exemplo da segunda combinação é o acetato de bário. O acetato de bário se dissocia formando o cátion Ba2+ e o ânion acetato. Como o Ba2+ está em nossa lista do grupo 2A mais pesado, ele não reage com a água. No entanto, o ânion acetato é a base conjugada do ácido acético, e o ácido acético é um ácido fraco e não está em nossa lista de ácidos fortes. Como o ácido acético é um ácido fraco, sua base conjugada é forte o suficiente para reagir com a água. Sendo assim, o ânion acetato é uma base forte o suficiente para reagir com a água e, quando o ânion acetato reage com a água, forma ácido acético e íons hidróxido. Como a concentração de íons hidróxido na solução aumentou, isso torna a solução básica. Inclusive, isso é chamado de hidrólise aniônica, e temos isso quando um ânion reage com a água para aumentar a concentração de íons hidróxido na solução. Como outro exemplo, vamos pensar aqui no hipoclorito de sódio, que se dissocia para formar o cátion sódio e o ânion hipoclorito. Como o cátion sódio é do grupo 1A, ele não reage com a água. Agora, o ânion hipoclorito é a base conjugada do ácido hipocloroso. Como o ácido hipocloroso não está em nossa lista de ácidos fortes comuns, deve ser um ácido fraco. E se for um ácido fraco, sua base conjugada, o ânion hipoclorito, é uma base forte o suficiente para reagir com a água, aumentando, assim, a concentração de íons hidróxido na solução. Portanto, como temos um cátion que não reage com a água e um ânion que reage com a água, uma solução aquosa de hipoclorito de sódio será básica. A terceira combinação possível de cátion e ânion é quando o cátion vai reagir com a água, mas, o ânion, não. Nesse caso, a solução resultante será ácida. Como exemplo dessa terceira combinação, vamos considerar uma solução aquosa de nitrato de amônio. Temos ele se dissociando e formando o cátion amônio NH4+ e o ânion nitrato NO3-. Primeiro, vamos falar aqui sobre o ânion. O ânion nitrato é a base conjugada do ácido nítrico, que é o HNO3. Como o ácido nítrico é um ácido forte, sua base conjugada é de basicidade desprezível, de modo que o ânion nitrato não afeta o pH da solução, ou seja, não reage com a água. Agora, pensando no cátion NH4+, o NH4+ é o ácido conjugado do NH3, que é a amônia. Como o NH3, ou a amônia é uma base fraca, seu ácido conjugado NH4+ é forte o suficiente para reagir com a água. E, quando o cátion amônio NH4+ reage com a água, ele forma o íon hidrônio H3O+ e a amônia. Sendo assim, o NH4+ aumenta a concentração de íon hidrônio aqui na solução, que é o que faz essa solução, a solução aquosa de nitrato de amônio, ficar ácida. Como outro exemplo, vamos considerar o cloreto de alumínio, uma solução aquosa de cloreto de alumínio. Olhando para a fórmula química, o cloreto de alumínio se dissocia em cátion AL3+ e ânion cloreto. O ânion cloreto é a base conjugada do ácido clorídrico, que é um ácido forte. Portanto, o ânion cloreto não reage com a água. O AL3+ não é do grupo 1A ou do grupo 2A mais pesado. Sendo assim, podemos concluir que isso vai reagir com a água. Portanto, pequenos cátions com carga 2+ ou “+”, podem reagir com a água. Vamos ver com mais detalhes como o cátion AL3+ pode funcionar como um ácido. Em solução aquosa, o AL3+ interage com as moléculas de água para formar o íon metálico hidratado. A água é uma molécula polar e o AL3+, com carga positiva, interage com a extremidade negativa da molécula de água. Sendo assim, nós temos uma atração eletrostática entre a extremidade negativa da molécula de água e a carga 3+ do cátion alumínio, que atrai apenas uma molécula de água. Eu coloquei aqui apenas a atração de uma molécula de água, mas tenha em mente que temos seis moléculas de água interagindo com o AL3+, no íon de metal hidratado. A forte atração eletrostática retira a densidade de elétrons dessa ligação oxigênio-hidrogênio, o que torna esse próton mais fácil de ser removido. Portanto, quando outra molécula aparece, aqui na equação, essa outra molécula de água pode levar esse próton, deixando esses elétrons para trás aqui no oxigênio. E, se você está adicionando um H+ em H2O, você forma H3O+. Além disso, perder um H+ significa que a carga do íon hidratado passou de 3+ para apenas 2+. Um aumento na concentração de íons hidrônio na solução faz com que o pH da solução seja reduzido. Portanto, o íon metálico hidratado pode funcionar como um ácido, no entanto, é a força de interação entre o cátion e as moléculas de água que determina se o íon metálico hidratado vai funcionar como um ácido ou não. Para um cátion pequeno, com uma carga positiva igual a 2 ou maior, isso dá uma grande atração eletrostática à molécula de água, o que torna esse próton mais fácil de ser doado. No entanto, se o cátion for muito grande ou a carga for muito pequena, a atração eletrostática não é forte o suficiente para tornar o próton fácil de ser doado, e essa é a razão pela qual cátions do grupo 1A ou do grupo 2A mais pesados não interagem com força suficiente com a água para afetar o pH da solução. Agora, se tivermos uma solução aquosa de cloreto de alumínio, o AL3+ vai reagir com a água, mas o ânion cloreto, não. Como, nesse caso, o cátion reage com a água, a solução resultante será ácida. A quarta combinação possível é quando tanto o cátion quanto o ânion reagem com a água. Nesse caso, a solução resultante pode ser ácida, neutra ou básica. Como exemplo, vamos pensar em uma solução aquosa de carbonato de amônio. Olhando para a fórmula química do carbonato de amônio, o cátion é o cátion de amônio. Então, temos aqui NH4+. E o ânion é o ânion carbonato. CO32-. Já vimos que o cátion amônio reage com a água, e o ânion carbonato, se você adicionar um próton a ele, isso não nos dá um ácido em nossa lista de ácidos fortes. Portanto, o ânion carbonato é uma base forte o suficiente para reagir com a água. Primeiro, vamos examinar a equação que mostra o íon amônio reagindo com a água. Essa é a hidrólise do cátion. Uma vez que o cátion está reagindo com a água, nesse caso, formaremos o íon hidrônio e a amônia. Agora, vamos pensar sobre o ânion carbonato reagindo com a água. Essa é a hidrólise do ânion. Quando o ânion carbonato reage com a água, ele forma íons hidróxido em solução e, também, carbonatos de hidrogênio. Uma vez que a hidrólise do cátion forma íons hidrônio, se escrevermos aqui uma constante de equilíbrio para essa reação ácido-base, teremos Ka. E, uma vez que a hidrólise do ânion forma íons hidróxido em solução, se escrevermos uma constante de equilíbrio para essa reação ácido-base, teríamos Kb. Para descobrir se a solução aquosa de carbonato de amônio é ácida, neutra ou básica, precisamos comparar o valor que Ka para o amônio com o valor Kb para o carbonato. Se o valor de Ka for maior que o valor de Kb, a solução é ácida. Se os valores de Ka e Kb forem aproximadamente iguais, a solução é quase neutra e, se Ka for menor que Kb, ou se Kb for maior que Ka, a solução será básica. Para encontrar o Ka para o cátion amônio, vamos usar a seguinte equação: KaKb = KA, em que esse “A” é maiúsculo, pois estamos falando do K da água. Lembrando que muitos livros usam o kW em vez do KA, para não confundir com o “a” de ácido. Mas, aqui, eu vou usar KA, ok? Com o “A” sendo maiúsculo. Essa equação é verdadeira para um par ácido-base conjugado. Portanto, o que isso quer dizer é que o Ka, para o cátion de amônio, vezes o Kb, para a amônia, é igual a KA para a água, que em 25 °C é igual a 1,0 vezes 10 elevado a -14. Os livros didáticos geralmente têm os valores de Kb para bases fracas comuns, como a amônia. E o valor de Kb para a amônia é 1,8 vezes 10 elevado a -5. Resolvendo aqui para Ka, descobrimos que Ka, para o cátion amônio, é igual a 5,6 vezes 10 elevado a -10. Para calcular o valor de Kb para o ânion carbonato, usamos a mesma equação: KaKb = KA, com “A” maiúsculo, pois estamos falando da água. No entanto, lembre-se: esse é o Ka e o Kb para um par ácido-base conjugado. Então, estamos falando sobre o ânion carbonato como base e seu ácido conjugado, que seria um carbonato de hidrogênio HCO3-. Sabendo disso, substituímos o valor Ka para o HCO3- e resolvemos para Kb. Portanto, o Kb para o ânion carbonato é igual a 1,8 vezes 10 elevado a -4 a 25 °C. Esse valor Ka também é a 25 °C, ok? Olhando para os valores de Ka e Kb, Ka é menor que Kb. Como Ka é menor que Kb, ou que Kb é maior que Ka, essa solução é básica. Espero que você tenha compreendido essas ideias que conversamos aqui nesse vídeo e, mais uma vez, eu quero deixar um grande abraço e dizer que encontro você na próxima. Então, até lá!