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Equilíbrio químico: pH e pOH

Depende do ph Só em solos ácidos nascem hortênsias azuis. Se o solo for alcalino, as fores brotam rosadas

 

A concentração de íons positivos ou negativos define o caráter ácido ou alcalino de uma solução

Você já viu que moléculas de ácidos, como as do ácido clorídrico (HCl), ou de bases, como as da amônia (NH3), têm a capacidade de interagir com as moléculas de água e formar íons. Quanto maior a capacidade de interação, mais íons são formados e mais forte é o eletrólito.

Agora vamos ver que também as moléculas da água interagem entre si. Nessa interação, uma molécula de água se divide nos íons H+ e OH, no processo chamado autoionização da água. E esse conceito é importante para entender outro conceito muito usado no dia a dia – o de pH.

O que é pH?

A concentração de íons H+ numa solução define seu grau de acidez. Essa concentração é medida pelo pH, o potencial hidrogeniônico. Quanto mais H+ uma solução tem, maior é sua acidez. Quanto menos H+, mais básica é a solução. O pH é o índice que mede a acidez ou a basicidade de uma solução. O pH segue uma escala de zero a 14, na qual:

    • 0 ≤ pH < 7 referem-se a soluções ácidas;
    • pH = 7, a soluções neutras;
    • 7 < pH ≤ 14, a soluções básicas (ou alcalinas).

Produto iônico da água

A água é o solvente universal, aquele em que praticamente todas as substâncias se dissolvem. Por isso, a escala de pH tem como base as concentrações dos íons H+ e OH na água pura. E daí a importância de entender a autoionização
da água.

A água é neutra porque [H+] = [OH]. A água é anfótera: dependendo da substância com que reage, ela doa íons H+ ou recebe íons OH. Isso significa que a água realiza sua própria ionização. A equação química dessa autoionização é:

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Anfótera: É toda substância que pode assumir caráter ácido ou básico, dependendo da substância com que interage.

O caráter ácido ou básico de uma solução tem relação direta com a concentração de solutos no volume total da solução. E toda reação tem uma constante de equilíbrio – um ponto em que as reações direta e inversa se equilibram e as concentrações se estabilizam. A constante de equilíbrio da água (Kw) é dada pelo produto iônico, a multiplicação das concentrações de íons H+ e OH: Kw = [H+] . [OH], em que

  • Kw é a constante de equilíbrio da água (a letra w vem de water, água em inglês);
  • [H+] é a concentração de íons hidrogênio;
  • [OH] é a concentração de íons hidroxila.

O valor de Kw é conhecido experimentalmente: à temperatura de 25 ºC, Kw = 10–14. Esse é um valor muito pequeno – 0,00000000000001 –, o que indica que a reação de autoionização da água não é fácil de ocorrer. A cada vez que libera um íon H+, a molécula H2O libera também um íon OH–. Portanto, na água pura, [H+] = [OH].

25 ºC : Considera-se 25 °C a temperatura padrão para todas as medições referentes ao pH. Caso um texto ou uma questão de prova não traga explicitamente o dado, esta é a temperatura que deve ser considerada.

Agora acompanhe o raciocínio:

  • Sabe-se que Kw = 10–14
  • E sabe-s  concentração de 10–7 mol/L significa que, na água pura, a cada 10 milhões de moléculas H2O, apenas uma libera um íon H+ e um OH;
  1. A concentração de OH é igual à concentração de H+;
  2. Como [H+] define a acidez e [OH], a basicidade, se [H+] = [OH], a água é neutra.

A água pura é neutra. Mas a adição de um ácido faz com que [H+] aumente. Como efeito dessa alteração em [H+], o equilíbrio se desloca e [OH] diminui. Assim, define-se: um meio ácido é aquele que tem [H+] > 10–7 mol/L e [OH] < 10–7 mol/L.

Por outro lado, com a adição de uma base à água pura, [OH] cresce. O deslocamento do equilíbrio faz com que [H+] caia. Assim, definimos: um meio básico ou alcalino é aquele que tem [OH] > 10–7 mol/L e [H+] < 10–7 mol/L.

O truque da escala pH

Até agora, nestas aulas, a natureza ácida ou básica de uma solução foi indicada em termos de concentração. Mas você deve ter reparado que esses valores podem ser muito menores que 1 (por isso são dados como potências negativas de base 10).

Para facilitar a vida dos pesquisadores, o bioquímico sueco Soren Peter Lauritz Sorensen teve uma ótima ideia: dispensar a base 10 e trabalhar apenas com os expoentes – ou seja, com logaritmos. Ele foi o criador dos conceitos de pH (potencial hidrogeniônico) e pOH (potencial hidroxiliônico). A definição:

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Preste atenção na escala de pH: os valores maiores indicam soluções mais básicas. Os menores, soluções mais ácidas.

A notação científica usa as potências de base 10 para indicar grandezas muito altas ou muito pequenas:

  • 107 = 10 . 10 . 10 . 10 . 10 . 10 . 10 = 10 000 000
  • 10–7 = 1 : 10 : 10 : 10 : 10 : 10 : 10 : 10 = 0,0000001

Mas, nos cálculos com tais valores, o logaritmo é bem mais prático. Logaritmo é a operação matemática que indica o expoente de determinada potência:

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Mantenha em mente:

  • Podemos aplicar o logaritmo dos dois lados de uma igualdade, sem alterá-la:

  • Uma das propriedades dos logaritmos diz que:

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Aplicando essas definições e propriedades à expressão matemática do produto iônico, temos:

  • Sabemos que Kw = 10–14
    Então log Kw = – 14
  • Sabemos também que Kw = [H+] . [OH]
    Então log Kw = log [H+] + log [OH]
    → –14 = log [H+] + log [OH]

Se, na água pura, [H+] = [OH], então – 14 = 2 . log [H+]
Onde se conclui que log [H+] = – 14/2 → log [H+] = – 7
(E também log [OH] = – 7)
Por definição, pH = – log [H+]
Então, para a água pura, pH = pOH = – (– 7) = 7

O pH de soluções aquosas

Mantenha em mente: para qualquer solução aquosa, pH + pOH = 14

Para uma solução ácida, [H+] > 10–7 mol/L e [OH] < 10–7 mol/L. Então, para uma solução ácida, pH < 7 e pOH > 7

Do mesmo modo, para uma solução básica, [H+] < 10–7 mol/L e [OH] > 10–7 mol/L Então, para uma solução básica, pH > 7 e pOH < 7

Em gráfico, a variação da acidez do pH e do pOH da água é assim representada:

Como a acidez varia. O diagrama da esquerda mostra o que ocorre quando um ácido é adicionado a uma solução aquosa. O da direita, o que acontece quando a substância adicionada é uma base. Em cada um dos gráficos, a escala de pH está à esquerda, e a escala de pOH, à direita. Repare que no centro das escalas pH = pOH = 7. Esses são os valores para a água pura. O primeiro gráfico mostra que, adicionado um ácido, o pH cai e o pOH sobe: a acidez fica maior. No segundo gráfico, acrescentada uma base à solução, o pH sobe e o pOH cai: a solução fica mais alcalina.

 

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