Como calcular a concentração de íons de hidrogênio

A concentração de íons de hidrogênio nos diz o quão ácida ou básica é qualquer solução. Mais íons de hidrogênio? Mais ácido. Menos íons de hidrogênio? Mais básico. Muito simples, certo? Vamos dar uma olhada em como definir e calcular a concentração de íons de hidrogênio. Primeiro, você verá como obter íons de hidrogênio e íons de hidróxido na água.

A água se auto-ioniza em pequena extensão:

Isso é uma simplificação, já que íons de hidrogênio livres não existem de fato em solução. É assim que realmente se parece:

Por meio de ligações de hidrogênio, o íon de hidrogênio se associa a uma molécula de água para criar H₃O⁺, ou hidrônio. Portanto, ao calcular a concentração de íons de hidrogênio, você também está calculando a concentração de íons de hidrônio.

Para a água, o produto de íon água ou K_C nos diz a concentração de H⁺ ou H₃O⁺ e a concentração de OH^- ou íons hidróxido.

A 25 graus Celsius, o valor determinado experimentalmente de K_C é 1,0 x 10^-14 M².

Vamos dar uma olhada em como você pode usar seu conhecimento de dissociação e K

Um ácido forte aumenta a concentração de íons de hidrogênio sobre os íons de hidróxido presentes.

Um exemplo é HCl:

Como o HCl é um ácido forte, ele se dissocia completamente na água. Então, digamos que você tenha uma solução de HCl 1,5M. Qual é a concentração de íons de hidrogênio?

Bem, isso é muito simples e nem requer nenhuma matemática! Como o ácido se dissocia completamente, a concentração de íons de hidrogênio é a mesma que a molaridade da solução. Neste caso, isso significa a concentração de íons de hidrogênio, ou [H⁺], é 1,5M.

Uma base forte, por outro lado, tem mais íons hidróxido do que íons hidrogênio. Digamos que você tenha uma solução 0,1 M de NaOH. Qual é a concentração de H⁺ nesse caso? Agora, você vai precisar usar seu conhecimento de K_C.

Você sabe que, como essa base forte se dissocia completamente, a concentração de hidróxido, ou OH-, é igual à molaridade da solução. [OH-] = 0,1 M.

Então,

Resolvendo para [H +] você obtém:

Isso faz sentido! Por ser uma solução básica, há muito mais íons hidróxido do que íons hidrogênio.

Agora, lidar com notação científica o tempo todo para discutir a concentração de íons de hidrogênio é um pouco complicado. Em vez disso, os cientistas usam a escala de pH.

Aqui está a definição de pH:

O pH é o logaritmo negativo da concentração de hidrogênio. A letra p significa literalmente log negativo.

Portanto, dado um valor de pH de 5,5, você pode encontrar a concentração de íons de hidrogênio:

Mergulhar por um negativo e obter o registro inverso dá a você:

Resolvendo, você obtém:

A concentração de íons de hidrogênio de uma solução com pH = 5,5 é 3,2 * 10^-6M. Veja, é por isso que falar sobre um pH é muito mais fácil do que todo o longo número que você tem como resposta! Um pH de 5,5 informa sobre a acidez e você pode calcular a molaridade se precisar.

Embora o cálculo da concentração de íons de hidrogênio de ácidos fortes seja fácil, pois eles se dissociam completamente em solução, calcular a concentração de íons de hidrogênio em ácidos fracos é um pouco mais complicado. Esses ácidos não se ionizam completamente na água. Cada ácido tem tendência a perder um íon de hidrogênio em uma solução aquosa. Um ácido mais forte tem mais probabilidade de perder seu íon hidrogênio do que um ácido fraco.

As constantes de equilíbrio para as reações de ionização são chamadas de constantes de dissociação de ácido (K_uma). Ácidos mais fortes têm um K mais alto_uma enquanto os ácidos mais fracos têm um K menor_uma. Agora, assim como com a concentração de íons de hidrogênio, onde você fez a mudança para pH em vez de apenas H, os cientistas usam pK_uma para indicar o quão forte ou fraco é um ácido. Com uma tendência maior de perder um próton, o ácido é mais forte e, portanto, o pK_uma é menor.

• Quanto mais alto o valor de pKa, mais fraco é o ácido; quanto menor o valor de pKa, mais forte é o ácido.