Cálculo da constante de hidrólise

Para realizar o cálculo da constante de hidrólise (Kh), é fundamental determinar se um ou mais componentes de um sal sofrem hidrólise quando ele é adicionado à água.

Dizemos que um sal sofre hidrólise quando pelo menos um de seus íons interage com pelo menos um dos íons da água (H⁺ e OH^-), formando um ácido fraco ou uma base fraca.

A expressão para calcular a constante de hidrólise segue o padrão das constantes relacionadas com o equilíbrio químico, ou seja, multiplicação das concentrações dos produtos sobre a multiplicação das concentrações dos reagentes.

Constante de hidrólise (Kh) por meio do tipo de hidrólise salina

a) Kh a partir da formação de ácido fraco:

Um ácido fraco é formado sempre que um sal básico é dissolvido em água. O ânion (X) do sal (YX) interage com o cátion da água (que é sempre o hidrônio), formando o ácido.

Equação que representa a formação de um ácido fraco

OBS.: Um ácido é fraco quando:

• Não apresenta os ânions Cl, Br, I;

• A subtração entre o número de oxigênios e o número de hidrogênios presentes no ácido é igual a 0.

Como o cátion Y⁺ do sal não é utilizado no equilíbrio, podemos deixar de escrevê-lo na equação:

Equação que representa a formação do ácido sem o cátion

Assim, a expressão de Kh desse caso pode ser montada da seguinte forma:

OBS.: A concentração da água não faz parte do Kh porque, sem a presença de água, não há hidrólise, logo, ela é uma constante.

b) Kh a partir da formação de base fraca:

Uma base fraca é formada sempre que um sal ácido é dissolvido em água. O cátion (Y⁺) do sal (YX) interage com o ânion da água (que é sempre o hidróxido), formando a base:

Equação que representa a formação de uma base fraca

OBS.: Uma base é fraca quando seu metal não é alcalino (família IA) ou metal alcalinoterroso (família IIA, com exceção do magnésio).

Como o ânion X^- do sal não é utilizado no equilíbrio, podemos montar a expressão da constante de hidrólise sem ele:

Equação que representa a formação da base fraca sem o ânion

Assim, a expressão de Kh desse caso pode ser montada da seguinte forma:

c) Kh a partir da formação de ácido e base fracos

Um ácido e uma base fracos são formados sempre que um sal neutro (que possui cátion e ânion determinantes para compostos fracos) é dissolvido em água. O cátion (Y⁺) do sal (YX) interage com o ânion da água, formando a base, enquanto o ânion (X^-) do sal (YX) interage com o cátion da água, formando o ácido:

Equação que representa a formação de ácido e base fracos

OBS.: Y⁺ e X^- estão separados na equação porque apresentam constantes de dissociação diferentes.

A expressão de Kh para esse processo seria:

d) Kh a partir da formação de ácido e base fortes

Um ácido e uma base fortes são formados sempre que um sal neutro (que possui cátion e ânion determinantes para compostos fortes) é dissolvido em água. O cátion (Y⁺) e o ânion (X^-) do sal (YX) não interagem com os íons da água (H⁺ e OH^-):

Equação que representa a formação de ácido e base fortes

Como os íons do sal não interagem, podemos desprezá-los na equação:

Equação que representa a formação de ácido e base fortes

OBS.: Como o ácido e base formados são fortes, logo, estão na forma iônica (íons).

Fórmulas utilizadas para o cálculo da constante de hidrólise

a) Quando apenas um ácido fraco é formado

Quando a hidrólise de um sal básico dá origem a uma base forte e a um ácido fraco, podemos calcular o Kh por meio dos valores da constante de ionização da água (Kw) e da constante de dissociação do ácido (Ka) na expressão abaixo:

b) Quando apenas uma base fraca é formada

Podemos calcular o Kh pela utilização dos valores da constante de ionização da água (Kw) e da constante de dissociação do ácido (Kb) na expressão abaixo:

c) Quando são formados ácido e base fracos

Podemos calcular o Kh pela utilização dos valores da constante de ionização da água (Kw), constante de dissociação do ácido (Ka) e constante de dissociação do ácido (Kb) na expressão abaixo:

d) Quando não são formados ácido e base fracos

Quando a hidrólise de um sal neutro dá origem a uma base fraca e a um ácido fraco, podemos apenas igualar o Kh à constante de ionização da água (Kw):

Exemplos de cálculo da constante de hidrólise

Exemplo 1: Uma solução de concentração em quantidade de matéria igual a 0,04 mol/L de cloreto de amônio (NH₄Cl) apresenta grau de hidrólise igual a 2%. A partir desses dados, determine a sua constante de hidrólise (Kh).

Resolução:

O exercício fornece a fórmula do sal (NH4Cl), a molaridade e o grau de hidrólise. Assim, devemos seguir estas orientações:

1^o: Característica do sal fornecido

O sal fornecido apresenta os seguintes componentes:

• cátion amônio: não pertence a nenhuma família e forma base fraca, ou seja, sofre hidrólise;

• ânion cloreto (Cl): forma o ácido clorídrico, que é um ácido forte.

OBS.: O Cl não sofre hidrólise e, por isso, não precisa aparecer na equação do processo.

2^o: Montagem da equação de hidrólise do sal

A equação que determina essa hidrólise é:

Equação que representa a formação da base fraca sem o ânion

3^o: Montagem da expressão da constante de hidrólise

Kh = [NH₄OH].[H⁺]
         [NH₄Y⁺]

4^o: Determinar quanto do sal sofre hidrólise para aplicar na expressão do Kh

Para determinar a quantidade de sal que sofre hidrólise, basta multiplicar o grau de hidrólise pela molaridade:

0,04.0,02 = 0,0008 mol/L

Como na equação de hidrólise o balanceamento promove uma proporção estequiométrica de 1:1:1:1 entre os participantes e 0,008 mol/L do sal hidrolisa, logo:

Forma 0,0008 mol/L de NH₄OH ou 8.10^-4 mol/L

Forma 0,0008 mol/L de H⁺ ou 8.10^-4 mol/L

OBS.: Como no início tínhamos 0,04 do sal e apenas 0,0008 mol/L dele sofre hidrólise, logo sobra 0,0392 mol/L ou 3,92.10^-3 mol/L

5^o: Calcular a constante de hidrólise com os dados encontrados anteriormente:

Kh = [NH₄OH].[H⁺]
        [NH₄Y⁺]

Kh = [8.10^-4].[8.10^-4]
        [3,92.10^-3]

Kh =      64.10^-8    
        16,32.10^-3

Kh = 16,32.10^-5 mol/L

ou

Kh = 1,632.10^-4 mol/L

Exemplo 2: (UFES) Com base nos seguintes dados: Ka = 1,8.10^-5 e Kw = 1,0.10^-14, determine a constante de hidrólise do acetato de sódio (NaH₃C₂O₂) em uma solução 0,1 mol/L.

O sal fornecido apresenta os seguintes componentes:

• metal sódio: pertence à família IA, forma base forte e, por isso, não sofre hidrólise;

• ânion acetato: forma o ácido acético (vinagre), que é um ácido fraco. Podemos chegar a essa conclusão pelo Ka, que já que é inferior à 10^-4.

Como temos um sal básico (forma base forte e ácido fraco), basta utilizar os valores do Kw e do Ka fornecidos na seguinte expressão:

Kh = Kw
        Ka

Kh = 1,0.10^-14
       1,8.10^-5

Kh = 0,56.10^-9

ou

Kh = 5,6.10^-10