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:

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 (K_w) é dada pelo produto iônico, a multiplicação das concentrações de íons H⁺ e OH^–: K_w = [H⁺] . [OH^–], em que

• K_w 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 K_w 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 K_w = 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:

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:

Mantenha em mente:

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

• Uma das propriedades dos logaritmos diz que:

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

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