Princípios do Equilíbrio Iônico
Estudamos até agora equilíbrio de reações em geral. A partir de agora, estudaremos o equilíbrio de reações que, em meio aquoso, formam íons de alguma forma.
Esse capítulo será para introduzir princípios, que nem nosso primeiro capítulo de equilíbrio.
Portanto, dê muita atenção para isso, ele é a base para o mais difícil que vem na frente.
1. Introdução ao Equilíbrio Iônico
Imagine a reação de um ácido HA qualquer:
$HA (aq) + H_2O (l) \underset{\text{2}}{\overset{\text{1}}{\rightleftharpoons}} H_3O^{+} (aq) + A^{-} (aq)$
Ka = $\frac{[H_3O^{+}][A^{-}]}{[HA]}$
Até o capítulo passado, a gente chamaria essa constante apenas de constante equilíbrio, ou de Kc.
A única coisa que vai mudar é que agora é uma reação de um ácido se transformando em íons em água, correto?
Então, se é um ácido, ao invés de chamar de constante de equilíbrio, vamos chamar de constante ácida (Ka).
A título de curiosidade, representar H3O+ e H+ significa a mesma coisa para a interpretação das ionizações de ácidos nesses materiais, tá?
Portanto, a partir de agora, eu representarei as reações de maneira mais simplificada:
$HA (aq) \underset{\text{2}}{\overset{\text{1}}{\rightleftharpoons}} H^{+} (aq) + A^{-} (aq)$
Voltando, se fosse uma base, adivinha como você chamaria? Exato, de constante básica (Kb).
Veja o exemplo abaixo da reação de uma base BOH qualquer:
$BOH (aq) \underset{\text{2}}{\overset{\text{1}}{\rightleftharpoons}} B^{+} (aq) + OH^{-} (aq)$
Kb = $\frac{[B^{+}][OH^{-}]}{[BOH]}$
No fim das contas, o que é equilíbrio iônico?
O equilíbrio iônico acontece em soluções aquosas quando substâncias, como ácidos, bases ou sais, se dissociam ou ionizam parcialmente,
produzindo íons que ficam em constante troca entre as formas ionizadas e não ionizadas.
É exatamente o que aconteceu com as duas reações acima!
Ácidos, bases e sais tendem a formar íons quando estão em água, mas a maneira como eles formam é diferente. Vamos entender essas formas diferentes agora.
2. Dissociação Iônica e Ionização
Antes da gente se aprofundar nos conceitos próprios de equilíbrio iônico, é importante relembrar um conceito de Química Inorgânica.
Existem duas maneiras de uma molécula se transformar em íons: a dissociação iônica e a ionização.
A dissociação Iônica ocorre quando compostos iônicos se dissolvem em água, separando os íons já presentes no composto.
Ou seja, as moléculas já possuíam íons e, quando você as colocou em água, esses íons apenas se separaram.
Dentre as funções inorgânicas, as que sofrem dissociação iônica são as bases e os sais (porque eles fazem ligações iônicas).
A ionização acontece quando compostos moleculares reagem com a água para formar íons.
Ou seja, as moléculas não possuíam íons e, quando você as colocou em água, esses íons são FORMADOS (as ligações são quebradas para que os íons apareçam).
Dentre as funções inorgânicas, as que sofrem ionização são os ácidos (porque eles fazem ligações covalentes).
No fundo do fundo, uma questão que cobra esse conceito não vai ser uma questão de equilíbrio, mas ter essa diferenciação clara na cabeça facilita o entendimento das coisas.
De qualquer forma, seguimos!
3. Interpretando os valores de Ka e de Kb
Aprendemos que o Ka nada mais é a Keq de um ácido ionizando e que o Kb nada mais é a Keq de uma base se dissociando.
Agora, valores altos ou baixos dessas constantes indicam quais características dos ácidos (ou das bases) para a gente?
E a primeira característica que os valores de Ka e Kb indicam para a gente é a de força ácida (ou básica).
A força de um ácido ou de uma base está associada ao seu grau de dissociação/ionização (α).
Quanto maior o valor de α, ou seja, quanto mais moléculas se transformam em íons, mais forte é o ácido ou a base.
E se você for olhar para a fórmula de Ka ou de Kb, você percebe que ela pode ser representada como [ÍONS]/[MOLÉCULAS]:
Kb = $\frac{[B^{+}][OH^{-}]}{[BOH]}$
Ka = $\frac{[H^{+}][A^{-}]}{[HA]}$
Logo, Ka = Kb = $\frac{[ÍONS]}{[MOLÉCULAS]}$
Portanto, se um ácido ou se uma base é forte, ela transforma muitas moléculas em íons, diminuindo o valor do denominador e aumentando o valor do numerador.
Consequentemente, o valor da constante (seja Ka ou Kb) também é alto.
CONCLUSÃO: quanto maior a força ácida (ou básica), maior o valor de Ka (ou Kb) e vice-versa.
Se eu pergunto para você qual dos dois ácidos é mais forte, qual seria a sua resposta?
$HA (aq) \underset{\text{2}}{\overset{\text{1}}{\rightleftharpoons}} H^{+} (aq) + A^{-} (aq)$, $K_1 = 5 \cdot 10^{-7}$
$HB (aq) \underset{\text{2}}{\overset{\text{1}}{\rightleftharpoons}} H^{+} (aq) + B^{-} (aq)$, $K_2 = 7 \cdot 10^{-12}$
Como K1 é maior que K2, então o ácido HA é mais forte que o ácido HB.
Foi fácil? Então, vamos para frente.
4. Potencial da constante de equilíbrio (pK)
Agora aqui é o conceito mais importante para as questões de equilíbrio iônico: o pK.
Você viu nos exemplos acima que os valores das constantes eram da ordem de $10^{-7}$, $10^{-12}$...
O que são números muito pequenos e, consequentemente, ruins para trabalhar em questões e para expressar em notações.
Por conta disso, os químicos criaram uma outra maneira de representar esses mesmos valores, que foi o potencial da constante de equilíbrio (pK).
O pK é uma maneira mais intuitiva de interpretar números “feios” das constantes ácida e básica. A fórmula que representa o pK é:
pK = - log K
Ou seja, se eu quero calcular o potencial da constante ácida (pKa), eu uso a fórmula pKa = - log Ka
E se eu quero calcular o potencial da constante básica (pKb), eu uso a fórmula pKb = - log Kb.
Se um ácido tem Ka = $10^{-5}$, então o valor de pKa é:
pKa = - log ($10^{-5}$) = - (-5) . log 10 = - (-5) . 1
pKa = 5
Bem melhor! Falar que algo é 5, mantendo o mesmo sentido, é bem melhor do que falar que algo é $10^{-5}$.
Portanto, quando você começar a ver em questões pK, pH, pOH, essas coisas estranhas, não se assuste. Saiba que tudo é para facilitar leitura e cálculo.
OK, entendemos isso, mas como interpretar corretamente o valor de pK?
É simples: como pK = - log K, quanto menor o pK, maior o valor de K.
E consequentemente, quanto maior o K, acabamos de ver que maior será a força da molécula (seja ácido ou base).
Portanto, tatue na alma: menor pK, maior K, maior força.
Conclusão
Equilíbrio iônico é equilíbrio de reações que formam íons em meio aquoso. Nada de diferente, as fórmulas são as mesmas;
Ionização é formar íons (ácidos) e dissociação iônica é separar íons que já existem (bases e sais);
pKa e pKb é a mesma coisa que Ka e Kb, só que com números mais “bonitos”;
Quanto menor o pKa, maior o Ka e, consequentemente, maior a força do ácido (mais íons ele forma em meio aquoso).
Se você conseguir lembrar desses quatro princípios, estaremos voando. Seguimos para o próximo capítulo!
