Química dos ensinos fundamental e médio · Grades 1–12

18Ácidos, bases e pH

Numa prateleira da cozinha estão um limão, uma garrafa de vinagre, uma barra de sabão e uma caixa de bicarbonato de sódio; debaixo da pia, um frasco de desentupidor com um rótulo de advertência preto e vermelho. Alguns desses produtos têm gosto azedo, outros são escorregadios ao toque, outros podem queimar a pele. Uma única escala, numerada de 0 a 14, classifica todos eles — e a mesma escala é usada para as piscinas, a terra do jardim, o sangue e os oceanos.

O que você já sabe

Os íons são átomos ou grupos de átomos com carga; um cátion como o $\ce{Na+}$ é positivo, um ânion como o $\ce{Cl-}$ ou o $\ce{OH-}$ é negativo. As soluções iônicas contêm íons marcados com (aq), que se movem livremente (Capítulo 17).

Limão, vinagre, sabão e bicarbonato de sódio: ácidos e bases na cozinha.

18.1 Soluções ácidas, básicas e neutras

Definição 18.1 (Soluções ácidas, básicas e neutras)

Toda solução aquosa contém íons hidrogênio $\ce{H+(aq)}$ e íons hidróxido $\ce{OH-(aq)}$ . Uma solução é uma solução ácida quando contém mais íons $\ce{H+}$ do que íons $\ce{OH-}$ , uma solução básica quando contém mais íons $\ce{OH-}$ do que íons $\ce{H+}$ , e uma solução neutra quando contém tantos de um quanto do outro.

Exemplo 18.2 (Três soluções)

O ácido clorídrico é uma solução ácida: ele contém íons $\ce{H+(aq)}$ e $\ce{Cl-(aq)}$ , com pouquíssimos $\ce{OH-}$ . Uma solução de hidróxido de sódio é básica: $\ce{Na+(aq)}$ e $\ce{OH-(aq)}$ , com pouquíssimos $\ce{H+}$ . A água pura e a água salgada são neutras.

18.2 A escala de pH

Definição 18.3 (pH)

O pH de uma solução aquosa é um número, em geral entre 0 e 14, que diz quanto ela é ácida ou básica: a $25\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ , uma solução neutra tem pH 7, uma solução ácida tem pH menor que 7, uma solução básica tem pH maior que 7. Quanto mais íons $\ce{H+}$ uma solução contém, menor é o seu pH.

A escala de pH, com o pH de algumas soluções comuns.

Definição 18.4 (Papel indicador e pHmetro)

O papel indicador de pH é uma tira de papel impregnada de uma mistura de corantes que assume uma cor diferente em cada pH; uma gota da solução é posta sobre ele e a cor é comparada com uma tabela impressa na caixa. Um pHmetro mede o pH com um eletrodo de vidro mergulhado na solução e o mostra como um número, com uma ou duas casas decimais.

Método 18.5 (Medir um pH com papel indicador)

Ponha uma tira curta de papel indicador num pratinho limpo e seco.
Com um bastão de vidro limpo, toque a tira com uma gota da solução (nunca mergulhe a tira no frasco).
Compare a cor imediatamente com a tabela e leia o pH, em geral até o número inteiro mais próximo.

Medir um pH com um pHmetro: o eletrodo de vidro fica mergulhado na solução, que é agitada devagar.

18.3 Diluir um ácido

Proposição 18.6 (Diluir aproxima o pH de 7)

Acrescentar água a uma solução ácida espalha os seus íons $\ce{H+}$ num volume maior: o pH sobe, em direção a 7, mas nunca passa de 7. Para um ácido como o ácido clorídrico, diluir dez vezes aumenta o pH em cerca de uma unidade: um volume de ácido de pH 2 mais nove volumes de água dão uma solução de pH 3. Do mesmo modo, diluir uma solução básica diminui o seu pH em direção a 7.

Diluir um ácido dez vezes, e depois mais dez vezes: o pH passa de 2 para 3 e depois para 4 (cada béquer é um décimo da solução anterior completado com água).

No laboratório — Diluir um ácido

Para diluir um ácido, o professor sempre despeja o ácido devagar na água, nunca a água no ácido: a mistura libera calor, e a água despejada sobre um ácido concentrado pode ferver na hora e espirrar ácido para fora do recipiente.

18.4 Ácidos e bases do dia a dia

Proposição 18.7 (Ácidos e bases à nossa volta)

Ácidos: o suco de limão, o vinagre, o vinho, os refrigerantes, o café, o suco gástrico do estômago. Básicos: a água do mar (levemente), o bicarbonato de sódio dissolvido em água, o sabão, o leite de magnésia (um remédio contra a acidez do estômago), o amoníaco doméstico, a água sanitária, o desentupidor (muito fortemente).

Exemplo 18.8 (O pH do oceano)

O pH médio do oceano é cerca de 8.1: levemente básico. Desde o começo da era industrial, o dióxido de carbono que se dissolve a partir do ar diminuiu o pH das águas de superfície em cerca de 0.1: os oceanos estão ficando aos poucos menos básicos, o que prejudica os moluscos e os corais.

O suco de repolho roxo, preparado por um professor, muda de cor com o pH: vermelho nos ácidos, violeta perto do neutro, azul, verde e depois amarelo em soluções cada vez mais básicas.

18.5 Segurança com produtos corrosivos

Segurança

O ácido clorídrico concentrado e o hidróxido de sódio (a base dos desentupidores) trazem o pictograma de corrosão GHS05: eles provocam queimaduras graves na pele e nos olhos e atacam os metais. GHS07: irritante. Óculos de proteção e luvas; um respingo é enxaguado na hora com muita água.

Observação 18.9 (Nunca misture produtos de limpeza)

Os produtos ácidos e básicos reagem entre si, às vezes violentamente, e algumas misturas liberam gases tóxicos: a água sanitária misturada com um removedor de calcário ácido libera cloro. Os produtos de limpeza nunca são misturados.

18.6 Exercícios

Exercício 18.1 ★

Ácida, básica ou neutra? Uma solução de pH 3, uma de pH 7, uma de pH 11.

Solução

Solução de Exercício 18.1.

pH 3: ácida. pH 7: neutra. pH 11: básica.

Exercício 18.2 ★

Que íons são mais numerosos numa solução ácida? E numa básica?

Solução

Solução de Exercício 18.2.

Ácida: íons $\ce{H+}$ . Básica: íons $\ce{OH-}$ .

Exercício 18.3 ★

Usando a escala de pH deste capítulo, ponha em ordem, da mais ácida à mais básica: café, água do mar, suco de limão, amoníaco doméstico, água pura.

Solução

Solução de Exercício 18.3.

Suco de limão (2), café (5), água pura (7), água do mar (8.1), amoníaco doméstico (12).

Exercício 18.4 ★

Descreva como medir o pH de uma solução com papel indicador.

Solução

Solução de Exercício 18.4.

Uma tira num pratinho limpo e seco é tocada com uma gota da solução levada por um bastão de vidro limpo; a cor é comparada imediatamente com a tabela.

Exercício 18.5 ★★

Uma solução de pH 4 é diluída dez vezes com água. Qual é, mais ou menos, o novo pH dela? E se ela for diluída cem vezes?

Solução

Solução de Exercício 18.5.

Cerca de 5 depois de uma diluição de dez vezes; cerca de 6 depois de uma de cem vezes.

Exercício 18.6 ★★

Uma solução ácida pode ficar básica com o acréscimo de água? Explique.

Solução

Solução de Exercício 18.6.

Não. Diluir aproxima o pH de 7, mas nunca o faz passar de 7: a própria água é neutra, e acrescentá-la não pode fazer os íons $\ce{OH-}$ ficarem mais numerosos que os íons $\ce{H+}$ .

Exercício 18.7 ★★

Por que se deve despejar o ácido na água, e não o contrário?

Solução

Solução de Exercício 18.7.

A mistura libera calor. A água despejada sobre um ácido concentrado poderia ferver na hora e espirrar ácido; o ácido despejado devagar na água se espalha imediatamente num volume grande.

Exercício 18.8 ★★

Um frasco traz o pictograma GHS05. O que ele significa? Dê duas precauções.

Solução

Solução de Exercício 18.8.

Corrosivo: queima a pele e os olhos, ataca os metais. Usar óculos de proteção e luvas; enxaguar qualquer respingo com muita água.

Exercício 18.9 ★★

Quantas diluições de dez vezes são necessárias para levar um ácido de pH 1 a pH 4? Que diluição total é essa?

Solução

Solução de Exercício 18.9.

Três diluições (de 1 para 2, de 2 para 3, de 3 para 4): $10 \times 10 \times 10 = 1000$ vezes.

Exercício 18.10 ★★

O leite de magnésia é tomado contra a acidez do estômago. Usando a escala de pH, explique por quê.

Solução

Solução de Exercício 18.10.

O leite de magnésia é básico (pH cerca de 10.5): ele reage com uma parte do excesso de ácido do estômago.

Exercício 18.11 ★★★

O pH do oceano caiu cerca de 0.1 desde a era industrial. O oceano é ácido hoje? Em que sentido ele está mudando, e por quê?

Solução

Solução de Exercício 18.11.

Não: com um pH de 8.1, ele continua levemente básico. Ele está indo em direção a um pH menor, menos básico, porque o dióxido de carbono do ar se dissolve nele.

Exercício 18.12 ★★★

Um aluno mede o pH do mesmo vinagre com papel indicador (3) e com um pHmetro (2.6). Explique por que os dois resultados são diferentes e qual é mais preciso.

Solução

Solução de Exercício 18.12.

O papel indicador é lido a olho, comparando com uma tabela de cores, com precisão de cerca de uma unidade; o pHmetro dá um número com uma ou duas casas decimais. O pHmetro é mais preciso; os dois concordam dentro da precisão do papel.

18.7 Problema: o ácido derramado

Problema 18.1

Problema de fim de semana — um litro de ácido derramado na pia de um laboratório, e por que diluí-lo não é a solução

Um frasco com $1\,\mathrm{L}$ de ácido clorídrico diluído, de pH 2, quebra na pia de um laboratório. O esgoto não pode receber nenhuma solução de pH menor que 5. Use a regra deste capítulo: para esse ácido, cada diluição de dez vezes aumenta o pH em uma unidade.

Parte I — O ácido.

A solução é ácida, neutra ou básica? Que íons ela contém em maior quantidade?
Que pictograma o frasco deve trazer, e por quê?
O professor mede o pH com um pHmetro em vez de papel indicador. Dê uma vantagem.
Quantas vezes mais íons $\ce{H+}$ há num litro de pH 2 do que num litro de pH 3 do mesmo ácido?

Parte II — Diluir.

Que volume de solução se obtém diluindo dez vezes o litro de ácido? Qual é o pH dela?
Quantas diluições de dez vezes são necessárias para chegar a pH 5?
Que volume total de solução isso daria?
Alguma quantidade de água poderia deixar a solução básica? Explique.

Parte III — Um jeito melhor. O professor acrescenta, em vez disso, pouco a pouco, uma solução de uma base até que o papel indicador mostre 7: os íons $\ce{H+}$ do ácido reagem com os íons $\ce{OH-}$ da base.

Escreva a equação da reação entre os íons $\ce{H+}$ e $\ce{OH-}$ .
Por que isso é melhor do que diluir?
Dê o nome de um produto básico do dia a dia que poderia ser usado numa cozinha para limpar um pequeno derramamento de vinagre.
Calcule o volume de água que teria de ser acrescentado ao litro de ácido para levá-lo a pH 5.

Solução

Solução de Problema 18.1.

1. Ácida: ela contém principalmente íons $\ce{H+(aq)}$ e $\ce{Cl-(aq)}$ .

2. O GHS05, corrosivo: um ácido ataca a pele, os olhos e os metais.

3. Ele dá um número preciso, em vez de uma cor a ser comparada a olho.

4. Dez vezes mais: uma unidade de pH corresponde a uma diluição de dez vezes.

5. $10\,\mathrm{L}$ , de pH 3.

6. Três: de pH 2 para 3, de 3 para 4, de 4 para 5.

7. $1 \times 10 \times 10 \times 10 = 1000\,\mathrm{L}$ .

8. Não: diluir só aproxima o pH de 7.

9. $\ce{H+ + OH- -> H2O}$ .

10. O ácido é destruído, transformado em água, em vez de ser espalhado num volume enorme; só é preciso um pouco de base, e não mil litros de água.

11. O bicarbonato de sódio dissolvido em água (ou água com sabão).

12. $1000 - 1 = 999\,\mathrm{L}$ de água.

Termos definidos neste capítulo

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