A DINÂMICA DAS TRANSFORMAÇÕES E O SER HUMANO

Reações reversíveis

Observe as arcadas dentárias a seguir.

Na Pré-História, os ancestrais dos seres humanos atuais consumiam alimentos mais duros e, na maioria das vezes, crus. Para que os dentes pudessem cortar, rasgar e triturar os alimentos, a arcada dentária dos ancestrais do ser humano seguia um padrão chamado alternação, nisso cada dente inferior relacionava-se diretamente com um superior e o dente ao lado.

Professor, professora: Comente com os estudantes que a mastigação dos alimentos era mais difícil, por isso os dentes eram muito exigidos.

Com as mudanças de hábitos alimentares ao longo do tempo, a arcada dentária dos ancestrais humanos passou por mudanças. No entanto, as funções continuam iguais: triturar os alimentos.

Diante da importância dos dentes para a nutrição do corpo, é essencial cuidarmos deles, a fim de evitar um dos problemas bucais mais comuns, a cárie. Para isso, vamos conhecer a estrutura interna dos dentes de um ser humano adulto.

Imagem elaborada com base em: TORTORA, Gerard J.; DERRICKSON, Bryan. Corpo humano: fundamentos de anatomia e fisiologia. 10. ed. Porto Alegre: Artmed, 2017. p. 483.

O esmalte do dente é um dos tecidos mais resistentes do corpo humano. É a parte dos dentes que normalmente é visível. Aproximadamente 97% do esmalte dos dentes é composto de minerais; o restante é água abre parênteses H subscrito 2 O fecha parênteses$\left({\text{H}}_2\text{O}\right)$ e compostos orgânicos.

O principal componente do esmalte dos dentes é a hidroxiapatita abre parênteses C a subscrito 10 abre parênteses P O subscrito 4 fecha parênteses subscrito 6 abre parênteses O H fecha parênteses subscrito 2 fecha parênteses$\left({\text{Ca}}_{10}{\left(\text{P}{\text{O}}_4\right)}_6{\left(\text{OH}\right)}_2\right)$, um mineral sólido pouco solúvel em água, que ajuda a proteger os dentes.

As cáries são cavidades que aparecem nos dentes e são causadas pelo ácido produzido por algumas bactérias presentes na boca, e estas são produzidas ao haver restos de alimentos que ficam na superfície do dente.

O aumento da probabilidade do aparecimento de cáries depende de fatores, como o tempo em que os restos de alimento permanecem sobre os dentes, principalmente os ricos em açúcar. No entanto, a quantidade de açúcar ingerida não é o maior fator de risco, mas sim a frequência dessa ingestão.

Quando a acidez na boca aumenta por causa da ingestão de açúcares, após cerca de 30 minutos o esmalte pode ser desmineralizado^✚. Dessa forma, o hábito de mascar chiclete e ingerir balas várias vezes ao dia é prejudicial à saúde dos dentes.

Quando a desintegração mineral do esmalte é superior à sua formação mineral, inicia-se a ocorrência de cárie.

A desmineralização do esmalte dos dentes é causada pela presença dos íons hidrônio abre parênteses H subscrito 3 O elevado a início expoente, mais, fim expoente fecha parênteses$\left({\mathrm{\text{H}}}_3{\mathrm{\text{O}}}^{+}\right)$ provenientes dos ácidos formados pelas bactérias da boca. Confira a equação química a seguir.

C a subscrito 10 abre parênteses P O subscrito 4 fecha parênteses subscrito 6 abre parênteses O H fecha parênteses subscrito 2 abre parênteses s fecha parênteses mais 8 H subscrito 3 O elevado a início expoente, mais, fim expoente abre parênteses a q fecha parênteses duas meias setas que apontam em direções opostas 10 C a elevado a início expoente, 2 mais, fim expoente abre parênteses a q fecha parênteses mais 6 H P O subscrito 4 elevado a início expoente, 2 menos, fim expoente abre parênteses a q fecha parênteses mais 10 H subscrito 2 O abre parênteses l fecha parênteses${\mathrm{\text{Ca}}}_{10}{\left(\text{P}{\mathrm{\text{O}}}_4\right)}_6{\left(\mathrm{\text{OH}}\right)}_2\left(\mathrm{\text{s}}\right)+8{\mathrm{\text{H}}}_3{\mathrm{\text{O}}}^{+}\left(\mathrm{\text{aq}}\right)\rightleftharpoons 10{\mathrm{\text{Ca}}}^{2+}\left(\mathrm{\text{aq}}\right)+6{\text{HP}{\mathrm{\text{O}}}_4}^{2-}\left(\mathrm{\text{aq}}\right)+10{\mathrm{\text{H}}}_2\mathrm{\text{O}}\left(\mathcal{l}\right)$

Nessa equação química, a seta dupla indica que a reação ocorre nos dois sentidos. Esse tipo de reação é chamado de reação reversível. A seta para a direita indica a reação direta, enquanto a seta para a esquerda indica a reação inversa.

Há reações químicas reversíveis e irreversíveis. Por exemplo, as reações de combustão são consideradas processos irreversíveis. Isso porque, após a queima do combustível, os produtos da combustão não podem se combinar de forma espontânea para regenerar o combustível novamente.

Já a reação de mineralização e desmineralização do esmalte dos dentes é reversível. Caso seja mantida uma higiene bucal adequada, a desmineralização natural do esmalte é compensada por outros processos que ocorrem na boca, que favorecem a mineralização. Nas reações reversíveis, chamamos essa situação de equilíbrio químico. Uma reação em equilíbrio apresenta as quantidades de reagentes e de produtos constantes ao longo do tempo.

No entanto, se a higiene bucal não for adequada, o aumento da acidez da boca causará a desmineralização do esmalte em uma proporção que não poderá ser reposta pela mineralização em condições normais. Nesse caso, a reação não estará mais em equilíbrio.

As reações químicas reversíveis tendem ao equilíbrio, que é atingido quando a velocidade direta é igual à velocidade da reação inversa. Quando as quantidades de reagentes e de produtos se mantêm constantes durante a ocorrência da reação química, ocorre o chamado equilíbrio dinâmico.

Professor, professora: Diga aos estudantes que há situações em que se deseja manter uma reação em equilíbrio, como na manutenção do esmalte dos dentes. Há também casos em que se deseja favorecer mais a reação direta ou a reação inversa. Isso pode ser feito alterando algumas condições da reação.

A seguir, estudaremos de forma mais detalhada o processo de equilíbrio nas reações químicas.

O equilíbrio químico e a constante de equilíbrio

Quando uma reação atinge o equilíbrio químico, isso não significa que não são mais formados reagentes e produtos. No estado de equilíbrio, a reação continua a acontecer, mas as concentrações dos componentes não se alteram. Outro ponto importante a destacar é que, no equilíbrio, as concentrações dos reagentes e dos produtos não serão necessariamente iguais. Geralmente, esses valores serão diferentes.

Para um sistema em equilíbrio, podemos avaliar a relação entre as quantidades de reagentes e as de produtos por meio da constante de equilíbrio abre parênteses 'K' subscrito c fecha parênteses$\left(K_{\mathrm{\text{c}}}\right)$. Essa constante é dada pelo quociente entre concentrações dos produtos e dos reagentes após atingirem o equilíbrio. Considere a seguinte reação genérica:

a A mais b B duas meias setas que apontam em direções opostas d D mais e E$a\text{ A}+b\text{ B}\rightleftharpoons d\text{ D}+e\text{ E}$

em que a$a$, b$b$, d$d$ e e$e$ são os coeficientes estequiométricos das espécies químicas participantes, isto é, a quantidade de matéria, em mols$\mathrm{\text{mols}}$. A equação geral da constante de equilíbrio em função das concentrações molares é dada por:

'K' subscrito c é igual a início de fração, numerador: abre colchetes D fecha colchetes elevado a d vezes abre colchetes E fecha colchetes elevado a e, denominador: abre colchetes A fecha colchetes elevado a a vezes abre colchetes B fecha colchetes elevado a b, fim de fração$K_{\text{c}}=\frac{{\left[\text{D}\right]}^d\mathbf{·}{\left[\text{E}\right]}^e}{{\left[\text{A}\right]}^a\mathbf{·}{\left[\text{B}\right]}^b}$

Confira um exemplo a seguir.

C O subscrito 2 abre parênteses g fecha parênteses mais N O abre parênteses g fecha parênteses duas meias setas que apontam em direções opostas C O abre parênteses g fecha parênteses mais N O subscrito 2 abre parênteses g fecha parênteses${\text{CO}}_2\left(\text{g}\right)+\text{NO}\left(\text{g}\right)\rightleftharpoons \text{CO}\left(\text{g}\right)+\text{N}{\text{O}}_2\left(\text{g}\right)$

'K' subscrito c é igual a início de fração, numerador: abre colchetes C O abre parênteses g fecha parênteses fecha colchetes vezes abre colchetes N O subscrito 2 abre parênteses g fecha parênteses fecha colchetes, denominador: abre colchetes C O subscrito 2 abre parênteses g fecha parênteses fecha colchetes vezes abre colchetes N O abre parênteses g fecha parênteses fecha colchetes, fim de fração$K_{\text{c}}=\frac{\left[\text{CO}\left(\text{g}\right)\right]\mathbf{·}\left[\text{N}{\text{O}}_2\left(\text{g}\right)\right]}{\left[\text{C}{\text{O}}_2\left(\text{g}\right)\right]\mathbf{·}\left[\text{NO}\left(\text{g}\right)\right]}$

Caso algum dos componentes da reação apresente coeficiente estequiométrico maior do que 1, esse coeficiente é colocado no expoente:

H subscrito 2 abre parênteses g fecha parênteses mais I subscrito 2 abre parênteses g fecha parênteses duas meias setas que apontam em direções opostas 2 H I abre parênteses g fecha parênteses${\text{H}}_2\left(\text{g}\right)+{\text{I}}_2\left(\text{g}\right)\rightleftharpoons 2\text{ HI}\left(\text{g}\right)$

'K' subscrito c é igual a início de fração, numerador: abre colchetes H I abre parênteses g fecha parênteses fecha colchetes elevado ao quadrado, denominador: abre colchetes H subscrito 2 abre parênteses g fecha parênteses fecha colchetes vezes abre colchetes I subscrito 2 abre parênteses g fecha parênteses fecha colchetes, fim de fração$K_{\text{c}}=\frac{{\left[\text{HI}\left(\text{g}\right)\right]}^2}{\left[{\text{H}}_2\left(\text{g}\right)\right]\mathbf{·}\left[{\text{I}}_2\left(\text{g}\right)\right]}$

O valor obtido pela constante de equilíbrio permite prever a concentração de produto formado quando a reação atingir o equilíbrio. Essa constante para uma reação não varia com as quantidades iniciais de reagentes, apenas com a temperatura. A reação atingirá, para cada valor de temperatura, uma condição de equilíbrio diferente.

Os equilíbrios químicos podem ser estudados por meio da análise de gráficos da concentração em quantidade de matéria ou da quantidade de matéria pelo tempo.

Confira, por exemplo, a tabela a seguir com os valores de concentração dos reagentes e dos produtos para a reação de formação da amônia abre parênteses N H subscrito 3 fecha parênteses$\left({\mathrm{\text{NH}}}_3\right)$ a partir dos gases hidrogênio abre parênteses H subscrito 2 fecha parênteses$\left({\text{H}}_2\right)$ e nitrogênio abre parênteses N subscrito 2 fecha parênteses$\left({\text{N}}_2\right)$.

N subscrito 2 abre parênteses g fecha parênteses mais 3 H subscrito 2 abre parênteses g fecha parênteses duas meias setas que apontam em direções opostas 2 newtons H subscrito 3 abre parênteses g fecha parênteses${\text{N}}_2\left(\text{g}\right)+3{\text{H}}_2\left(\text{g}\right)\rightleftharpoons 2\text{ N}{\text{H}}_3\left(\text{g}\right)$

Fonte de pesquisa: RUSSEL, John B. Química geral. 2. ed. São Paulo: Makron Books, 2006. p. 690.

Com os dados da tabela, é possível construir um gráfico que represente a formação da amônia, como o mostrado a seguir. Por meio dele, podemos analisar a variação (em concentração de quantidade de matéria) das substâncias envolvidas em seu processo de formação.

Concentração molar em função do tempo para a reação de formação da amônia

Fonte de pesquisa: RUSSEL, John B. Química geral. 2. ed. São Paulo: Makron Books, 2006. p. 690.

Nesse tipo de gráfico, verificamos que, com o passar do tempo, as concentrações dos reagentes diminuem à medida que são consumidos. Já as concentrações dos produtos partem do zero e aumentam à medida que são formados.

Analisando o gráfico, podemos perceber que a reação de formação da amônia se inicia em 't' subscrito 0$t_0$, com 1 mol$1\text{ mol}$ de gás nitrogênio e 1 mol$1\text{ mol}$ de gás hidrogênio em um balão de 1 litro$1\text{ L}$, a uma temperatura de 350 graus Celsius$350\text{ °C}$. No instante 't' subscrito 1$t_1$, foram consumidos 0 vírgula 126 mol$\mathrm{0,126}\text{ mol}$ de N subscrito 2${\text{N}}_2$ abre parênteses 0 vírgula 874 menos 1 é igual a menos 0 vírgula 126 fecha parênteses$\left(\mathrm{0,874}-1=-\mathrm{0,126}\right)$ e 0 vírgula 378 mol$\mathrm{0,378}\text{ mol}$ de H subscrito 2${\text{H}}_2$ abre parênteses 0 vírgula 622 menos 1 é igual a menos 0 vírgula 378 fecha parênteses$\left(\mathrm{0,622}-1=-\mathrm{0,378}\right)$, havendo formação de 0 vírgula 252 mol$\mathrm{0,252}\text{ mol}$ de N H subscrito 3$\text{N}{\text{H}}_3$ abre parênteses 0 vírgula 252 menos 0 é igual a 0 vírgula 252 fecha parênteses$\left(\mathrm{0,252}-0=\mathrm{0,252}\right)$. Note que essas variações de quantidades das substâncias envolvidas na reação são proporcionais aos coeficientes estequiométricos.

A partir do instante 't' subscrito 4$t_4$, a reação entra em equilíbrio dinâmico, ou seja, continua ocorrendo com as concentrações de reagentes e de produtos inalteradas.

Para o cálculo da constante de equilíbrio, serão usadas as concentrações molares dos componentes da reação no estado de equilíbrio. Vale lembrar que a concentração molar é o quociente entre a quantidade de matéria (em mols$\mathrm{\text{mols}}$) e o volume (em litros).

A constante de equilíbrio para essa reação é:

'K' subscrito c é igual a início de fração, numerador: abre colchetes N H subscrito 3 abre parênteses g fecha parênteses fecha colchetes elevado ao quadrado, denominador: abre colchetes N subscrito 2 abre parênteses g fecha parênteses fecha colchetes vezes abre colchetes H subscrito 2 abre parênteses g fecha parênteses fecha colchetes elevado ao cubo, fim de fração implica em 'K' subscrito c é igual a início de fração, numerador: abre parênteses 0 vírgula 438 fecha parênteses elevado ao quadrado, denominador: abre parênteses 0 vírgula 781 fecha parênteses vezes abre parênteses 0 vírgula 343 fecha parênteses elevado ao cubo, fim de fração implica em 'K' subscrito c é aproximadamente igual a 6 vírgula 0 9$K_{\text{c}}=\frac{{\left[\text{N}{\text{H}}_3\left(\text{g}\right)\right]}^2}{\left[{\text{N}}_2\left(\text{g}\right)\right]\mathbf{·}{\left[{\text{H}}_2\left(\text{g}\right)\right]}^3}\Rightarrow K_{\text{c}}=\frac{{\left(\mathrm{0,438}\right)}^2}{\left(\mathrm{0,781}\right)\mathbf{·}{\left(\mathrm{0,343}\right)}^3}\Rightarrow K_{\text{c}}\simeq \mathrm{6,09}$

Como o valor da constante é maior que 1, podemos prever que, nessa reação, durante o equilíbrio, a quantidade de produtos é maior do que a quantidade de reagentes.

Podemos observar três situações de equilíbrio químico ao analisar gráficos de concentração molar pelo tempo.

A. Quando a concentração de reagentes abre colchetes R fecha colchetes$\left[\mathrm{\text{R}}\right]$ é igual à concentração de produtos abre colchetes P fecha colchetes$\left[\mathrm{\text{P}}\right]$ em equilíbrio, a constante de equilíbrio é igual a 1. Quando isso ocorre, podemos dizer que a reação não favorece nenhum dos dois sentidos.

Concentração molar em função do tempo

Fonte de pesquisa: BROWN, Theodore L. et al. Química: a ciência central. 13. ed. São Paulo: Pearson, 2016. p. 665.

B. Quando a concentração de reagentes abre colchetes R fecha colchetes$\left[\mathrm{\text{R}}\right]$ é maior que a concentração de produtos abre colchetes P fecha colchetes$\left[\mathrm{\text{P}}\right]$ em equilíbrio. Nesse caso, a constante de equilíbrio é menor que 1. Quando isso ocorre, podemos dizer que a reação favorece a formação dos reagentes.

Concentração molar em função do tempo

Fonte de pesquisa: CHANG, Raymond; GOLDSBY, Kenneth A. Química. 11. ed. Porto Alegre: AMGH, 2013. p. 625.

Professor, professora: Auxilie os estudantes na interpretação dos gráficos desta página e da anterior. Explique-lhes que há uma curva representando os reagentes e outra, os produtos. Explique também que a constante de equilíbrio para uma reação varia apenas com a temperatura e independe das quantidades iniciais de reagentes e de produtos. Auxilie a turma com a leitura e a interpretação dos gráficos. Para isso, mostre que a concentração está em mol por litro$\text{mol}\text{/}\text{L}$ e varia com o tempo em minutos. Comente que a curva dos reagentes diminui enquanto a dos produtos se eleva, conforme os reagentes são transformados em produtos, até atingir o equilíbrio.

C. Quando a concentração de reagentes abre colchetes R fecha colchetes$\left[\mathrm{\text{R}}\right]$ é menor que a concentração de produtos abre colchetes P fecha colchetes$\left[\mathrm{\text{P}}\right]$ em equilíbrio. Nesse caso, a constante de equilíbrio é maior que 1. Quando isso ocorre, podemos dizer que a reação favorece a formação dos produtos.

Concentração molar em função do tempo

Fonte de pesquisa: BROWN, Theodore L. et al. Química: a ciência central. 13. ed. São Paulo: Pearson, 2016. p. 665.

Constantes de equilíbrio K subscrito p${\mathit{K}}_{\mathbf{\text{p}}}$

Para sistemas gasosos, além da constante de equilíbrio em termos das concentrações molares, podemos calcular a constante de equilíbrio em termos das pressões parciais dos gases participantes da reação. Considerando novamente a reação genérica:

a A mais b B duas meias setas que apontam em direções opostas d D mais e E$a\text{ A}+b\text{ B}\rightleftharpoons d\text{ D}+e\text{ E}$

em que a$a$, b$b$, d$d$ e e$e$ são os coeficientes estequiométricos dos participantes da reação química.

A equação geral da constante de equilíbrio em função das pressões parciais é dada por:

'K' subscrito p é igual a início de fração, numerador: abre parênteses p subscrito D fecha parênteses elevado a d vezes abre parênteses p subscrito E fecha parênteses elevado a e, denominador: abre parênteses p subscrito A fecha parênteses elevado a a vezes abre parênteses p subscrito B fecha parênteses elevado a b, fim de fração$K_{\text{p}}=\frac{{\left(p_{\text{D}}\right)}^d\mathbf{·}{\left(p_{\text{E}}\right)}^e}{{\left(p_{\text{A}}\right)}^a\mathbf{·}{\left(p_{\text{B}}\right)}^b}$

Professor, professora: Diga aos estudantes que, para várias reações químicas conhecidas, há valores de constante de equilíbrio em diferentes temperaturas. Diga-lhes que, quando realizamos o cálculo com os valores das concentrações, em mol por litro$\text{mol}\text{/}\text{L}$, de reagentes e produtos presentes no equilíbrio químico, o resultado desse cálculo é igual ao valor da constante de equilíbrio. Se isso não ocorrer, pode-se afirmar que a reação ainda não atingiu o equilíbrio.

Para a reação de decomposição da amônia, a constante 'K' subscrito p$K_{\text{p}}$ é expressa pela seguinte equação:

A seguir, serão apresentados exemplos do cálculo das constantes de equilíbrio 'K' subscrito c$K_{\text{c}}$ e 'K' subscrito p$K_{\text{p}}$.

Equilíbrios heterogêneos

Nas reações químicas em equilíbrio, todas as substâncias envolvidas podem se encontrar no mesmo estado de agregação. Isso ocorre nas reações em que todos os componentes estão na fase gasosa ou em solução. Esse tipo de equilíbrio é chamado de equilíbrio homogêneo.

Em outros casos, as substâncias em equilíbrio estão em estados de agregação diferentes, podendo estar em equilíbrio, por exemplo, um sólido com outras substâncias dissolvidas (em fase aquosa). Esse tipo de equilíbrio é chamado de equilíbrio heterogêneo.

Nos equilíbrios heterogêneos, os sólidos e líquidos puros não são incluídos no cálculo da constante de equilíbrio. A fórmula geral para o cálculo da constante permanece, apenas excluindo as substâncias que estejam nesses estados de agregação. Confira a seguir alguns exemplos.

Combustão incompleta do carvão formando monóxido de carbono abre parênteses C O fecha parênteses$\left(\text{CO}\right)$:

2 C abre parênteses s fecha parênteses mais O subscrito 2 abre parênteses g fecha parênteses duas meias setas que apontam em direções opostas 2 C O abre parênteses g fecha parênteses$2\text{ C}\left(\mathrm{\text{s}}\right)+{\mathrm{\text{O}}}_2\left(\mathrm{\text{g}}\right)\rightleftharpoons 2\text{ CO}\left(\mathrm{\text{g}}\right)$

Reação de decomposição térmica do carbonato de cálcio abre parênteses C a C O subscrito 3 fecha parênteses$\left(\text{CaC}{\text{O}}_3\right)$ sólido para a obtenção da cal virgem abre parênteses C a O fecha parênteses$\left(\text{CaO}\right)$:

C a C O subscrito 3 abre parênteses s fecha parênteses duas meias setas que apontam em direções opostas C a O abre parênteses s fecha parênteses mais C O subscrito 2 abre parênteses g fecha parênteses$\text{CaC}{\text{O}}_3\left(\text{s}\right)\rightleftharpoons \text{CaO}\left(\text{s}\right)+\text{C}{\text{O}}_2\left(\text{g}\right)$

Essa reação química é conhecida como calcinação. Além do uso na construção civil, para a fabricação da argamassa, a cal virgem é utilizada nas indústrias siderúrgicas, de papel e de celulose, de tintas, alimentícia, farmacêutica, açucareira, entre outras. Também é usada no controle ambiental, na agricultura na estabilização de solos e no tratamento de águas potáveis e industriais. Suas constantes de equilíbrio são dadas por:

'K' subscrito c é igual a abre colchetes C O subscrito 2 abre parênteses g fecha parênteses fecha colchetes$K_{\text{c}}=\left[\text{C}{\text{O}}_2\left(\text{g}\right)\right]$ e 'K' subscrito p é igual a abre parênteses p início subscrito, C O subscrito 2, fim subscrito fecha parênteses$K_{\text{p}}=\left(p_{\text{C}{\text{O}}_2}\right)$

Reação de dissolução da hidroxiapatita:

C a subscrito 10 abre parênteses P O subscrito 4 fecha parênteses subscrito 6 abre parênteses O H fecha parênteses subscrito 2 abre parênteses s fecha parênteses mais 8 H subscrito 3 O elevado a início expoente, mais, fim expoente abre parênteses a q fecha parênteses duas meias setas que apontam em direções opostas 10 C a elevado a início expoente, 2 mais, fim expoente abre parênteses a q fecha parênteses mais 6 H P O subscrito 4 elevado a início expoente, 2 menos, fim expoente abre parênteses a q fecha parênteses mais 10 H subscrito 2 O abre parênteses l fecha parênteses${\text{Ca}}_{10}{\left(\text{P}{\text{O}}_4\right)}_6{\left(\text{OH}\right)}_2\left(\text{s}\right)+8{\text{H}}_3{\text{O}}^{+}\left(\text{aq}\right)\rightleftharpoons 10{\text{Ca}}^{2+}\left(\text{aq}\right)+6{\text{HP}{\text{O}}_4}^{2-}\left(\text{aq}\right)+10{\text{ H}}_2\text{O}\left(\mathcal{l}\right)$

Note que, na verdade, tanto os sólidos quantos os líquidos não são realmente omitidos no cálculo das constantes. No caso do 'K' subscrito c$K_{\text{c}}$, as concentrações dos sólidos e dos líquidos são constantes a determinada temperatura. Portanto, seus valores já estão inseridos no próprio valor de 'K' subscrito c$K_{\text{c}}$. Para o cálculo de 'K' subscrito p$K_{\text{p}}$, as pressões de vapor dos sólidos e dos líquidos também são constantes a determinada temperatura.

Fatores que alteram o equilíbrio químico

Como estudamos anteriormente, quando a desintegração mineral do esmalte dos dentes é superior à sua formação mineral natural, pode ocorrer o desenvolvimento da cárie. O aumento da acidez da saliva, causado pelo aumento da concentração de íons H subscrito 3 O elevado a início expoente, mais, fim expoente${\text{H}}_3{\text{O}}^{+}$, perturba o equilíbrio químico já estabelecido. Confira, na reação a seguir, que esse íon está do lado dos reagentes e reage com a hidroxiapatita, favorecendo, assim, a desmineralização dos dentes.

C a subscrito 10 abre parênteses P O subscrito 4 fecha parênteses subscrito 6 abre parênteses O H fecha parênteses subscrito 2 abre parênteses s fecha parênteses mais 8 H subscrito 3 O elevado a início expoente, mais, fim expoente abre parênteses a q fecha parênteses duas meias setas que apontam em direções opostas 10 C a elevado a início expoente, 2 mais, fim expoente abre parênteses a q fecha parênteses mais 6 H P O subscrito 4 elevado a início expoente, 2 menos, fim expoente abre parênteses a q fecha parênteses mais 10 H subscrito 2 O abre parênteses l fecha parênteses${\text{Ca}}_{10}{\left(\text{P}{\text{O}}_4\right)}_6{\left(\text{OH}\right)}_2\left(\text{s}\right)+8{\text{H}}_3{\text{O}}^{+}\left(\text{aq}\right)\rightleftharpoons 10{\text{Ca}}^{2+}\left(\text{aq}\right)+6{\text{HP}{\text{O}}_4}^{2-}\left(\text{aq}\right)+10{\text{ H}}_2\text{O}\left(\mathcal{l}\right)$

Em um sistema químico em equilíbrio, a rapidez da reação direta é igual à da reação inversa, mantendo a concentração dos participantes constante. Enquanto não houver a interferência de um agente externo, o sistema permanece em equilíbrio. Se ocorrer a ação de um agente externo, o sistema tende a reagir com o objetivo de minimizar os efeitos dessa ação.

Em 1884, o químico francês Henri-Louis Le Chatelier (1850-1936) enunciou o seguinte princípio:

Quando sobre um sistema em equilíbrio atua um fator externo (variação de concentração, de pressão ou de temperatura), o sistema tende a favorecer a reação no sentido contrário à ação desse fator.

O princípio de Le Chatelier permite prever a influência da ação de um fator externo em um sistema em equilíbrio. Conforme o enunciado do princípio, o equilíbrio pode ser perturbado por diferentes fatores, como temperatura, pressão e concentração.

Variação na concentração de reagentes e de produtos

Ao variar a concentração de um reagente ou de um produto, a reação sai do equilíbrio, mas tende a atingir, espontaneamente, um novo estado de equilíbrio. Confira a seguir o exemplo da reação de formação do cloreto de hidrogênio abre parênteses H C l fecha parênteses$\left(\text{HC}\mathcal{l}\right)$.

H subscrito 2 abre parênteses g fecha parênteses mais C l subscrito 2 abre parênteses g fecha parênteses duas meias setas que apontam em direções opostas 2 H C l abre parênteses g fecha parênteses${\text{H}}_2\left(\text{g}\right)+{\text{C}\mathcal{l}}_2\left(\text{g}\right)\rightleftharpoons 2\text{ HC}\mathcal{l}\left(\text{g}\right)$

Adicionando H subscrito 2 abre parênteses g fecha parênteses${\text{H}}_2\left(\text{g}\right)$ ou gás cloro abre parênteses C l subscrito 2 abre parênteses g fecha parênteses fecha parênteses$\left({\text{C}\mathcal{l}}_2\left(\text{g}\right)\right)$, a reação sai do estado de equilíbrio e, para retornar a esse estado, deve consumir pelo menos uma parte do reagente adicionado. Como o consumo de reagentes ocorre aumentando a velocidade da reação direta, dizemos que o equilíbrio foi favorecido no sentido da formação do produto.

No caso do aumento ou da diminuição da concentração do produto, podemos prever o mesmo efeito observado com os reagentes. Portanto, adicionando qualquer participante, o equilíbrio altera, favorecendo o seu consumo. Já ao retirar algum dos participantes, o equilíbrio se altera favorecendo a sua formação (tendendo a minimizar o efeito da retirada).

Confira no quadro um resumo das mudanças que podem ocorrer na reação estudada.

É importante saber que, no novo estado de equilíbrio atingido, os valores de 'K' subscrito c$K_{\text{c}}$ e de 'K' subscrito p$K_{\text{p}}$ permanecem iguais ao do estado de equilíbrio anterior.

Variações no volume e na pressão

Como exemplo, vamos considerar o equilíbrio entre o dióxido de nitrogênio abre parênteses N O subscrito 2 fecha parênteses$\left(\text{N}{\text{O}}_2\right)$ e o tetróxido de dinitrogênio abre parênteses N subscrito 2 O subscrito 4 fecha parênteses$\left({\text{N}}_2{\text{O}}_4\right)$.

N subscrito 2 O subscrito 4 abre parênteses g fecha parênteses duas meias setas que apontam em direções opostas 2 N O subscrito 2 abre parênteses g fecha parênteses${\text{N}}_2{\text{O}}_4\left(\text{g}\right)\rightleftharpoons 2{\text{NO}}_2\left(\text{g}\right)$

O N subscrito 2 O subscrito 4${\text{N}}_2{\text{O}}_4$ é um gás incolor e o N O subscrito 2${\text{NO}}_2$ é um gás de cor castanha. Observa-se, experimentalmente, que, ao diminuir a pressão de um sistema em equilíbrio contendo esses dois gases, a cor castanha se intensificará.

Professor, professora: Comente com os estudantes que, ao entrar novamente em equilíbrio após uma perturbação, o valor da constante de equilíbrio da reação não se altera. Enfatize que a variação de pressão altera o equilíbrio químico apenas de sistemas gasosos.

Imagem elaborada com base em: BROWN, Theodore L. et al. Química: a ciência central. 13. ed. São Paulo: Pearson, 2016. p. 448.

Ao subir o êmbolo, a pressão interna do sistema diminui e a coloração se altera.

Nota-se que a diminuição da pressão favorece o sentido da formação do maior número de moléculas de gás N O subscrito 2${\text{NO}}_2$. Nesse caso, temos 1 mol$1\text{ mol}$ do lado do reagente e 2 mols$2\text{ mols}$ do lado do produto.

Essa ideia também está de acordo com o princípio de Le Chatelier, pois o aumento da pressão total altera o equilíbrio, favorecendo a reação no sentido de menor volume (menor número de mols$\mathrm{\text{mols}}$), dado que a redução no volume minimiza o efeito da pressão aplicada. Por outro lado, a redução da pressão total altera o equilíbrio, favorecendo a reação no sentido de maior volume (maior número de mols$\mathrm{\text{mols}}$), pois o aumento de volume minimiza a redução da pressão.

Confira no quadro a seguir um resumo das mudanças que podem ocorrer na reação estudada.

Se uma reação não apresenta variação de volume, a variação da pressão não provoca alterações sobre o seu equilíbrio. Confira um exemplo.

H subscrito 2 abre parênteses g fecha parênteses mais C l subscrito 2 abre parênteses g fecha parênteses duas meias setas que apontam em direções opostas 2 H C l abre parênteses g fecha parênteses${\text{H}}_2\left(\text{g}\right)+\text{C}{\mathcal{l}}_2\left(\text{g}\right)\rightleftharpoons 2\text{ HC}\mathcal{l}\left(\text{g}\right)$

Nessa reação, há 2 mols$2\text{ mols}$ de reagentes abre parênteses 1 H subscrito 2 abre parênteses g fecha parênteses mais 1 C l subscrito 2 abre parênteses g fecha parênteses fecha parênteses$\left(1{\text{H}}_2\left(\text{g}\right)+1{\text{C}\mathcal{l}}_2\left(\text{g}\right)\right)$ e 2 mols$2\text{ mols}$ de produto abre parênteses 2 HC l abre parênteses g fecha parênteses fecha parênteses$\left(2\text{ HC}\mathcal{l}\left(\text{g}\right)\right)$. Portanto, a variação da pressão não altera o equilíbrio.

Assim como estudamos com as variações das concentrações dos participantes do equilíbrio, a variação da pressão total também não altera os valores de 'K' subscrito c$K_{\text{c}}$ e 'K' subscrito p$K_{\text{p}}$.

Outro fator importante a considerar é que, em um sistema fechado e em equilíbrio gasoso, o equilíbrio não será afetado se for introduzido um novo gás que não reaja com algum dos participantes desse equilíbrio.

Variação da temperatura do sistema

Professor, professora: Comente com os estudantes que, por conta dos efeitos cinéticos, o aquecimento aumenta a rapidez tanto da reação direta como da reação inversa. Contudo, somando-se a isso o efeito da alteração do equilíbrio, a reação endotérmica é afetada de forma mais significativa. Explique que a variação da temperatura provoca alteração no valor da constante de equilíbrio.

Considerando um sistema em equilíbrio, a variação de temperatura tende a produzir um deslocamento de equilíbrio da forma apresentada no quadro a seguir.

Essa conclusão está de acordo com o princípio de Le Chatelier, pois o aumento da temperatura altera o equilíbrio de modo que a absorção de calor pela reação venha a minimizar a elevação da temperatura (sentido endotérmico). Por outro lado, a diminuição da temperatura altera o equilíbrio de modo que a liberação de calor pela reação venha a minimizar a diminuição da temperatura (no sentido exotérmico). Por exemplo, na reação de síntese da amônia:

N subscrito 2 abre parênteses g fecha parênteses mais 3 H subscrito 2 abre parênteses g fecha parênteses duas meias setas que apontam em direções opostas 2 newtons H subscrito 3 abre parênteses g fecha parênteses${\text{N}}_2\left(\text{g}\right)+3{\text{H}}_2\left(\mathrm{\text{g}}\right)\rightleftharpoons 2\text{ N}{\text{H}}_3\left(\text{g}\right)$ delta H é igual a menos 109 vírgula 5 quilojoules$\text{Δ}H=-\mathrm{109,5}\text{ kJ}$

O valor do delta H$\mathrm{\Delta }H$ em seguida da reação refere-se à reação direta. Portanto, a reação direta é exotérmica e a reação inversa é endotérmica.

É importante notar que a variação da temperatura provoca alterações nos valores de 'K' subscrito p$K_{\text{p}}$ e 'K' subscrito c$K_{\text{c}}$. De modo geral, pode-se dizer que nas reações endotérmicas o valor de 'K' subscrito c$K_{\text{c}}$ aumenta com o aumento da temperatura, e nas reações exotérmicas o valor de 'K' subscrito c$K_{\text{c}}$ diminui com o aumento da temperatura.

Influência do catalisador

O catalisador é um agente químico que aumenta a velocidade da reação química, sem ser consumido por ela. Esse aumento da velocidade está relacionado com a diminuição da energia de ativação da reação, a qual refere-se à energia mínima necessária para colocar os reagentes em uma posição que os possibilita reagir com o outro e, assim, iniciar a reação. Analise o gráfico "Energia de ativação de reação catalisada e não catalisada".

Energia de ativação de reação catalisada e não catalisada

Fonte de pesquisa: BROWN, Theodore L. et al. Química: a ciência central. 13. ed. São Paulo: Pearson, 2016. p. 689.

Professor, professora: Explique à turma que os catalisadores reduzem o tempo necessário para chegar ao equilíbrio, mas não provocam qualquer deslocamento. Peça aos estudantes que observem o gráfico Energia de ativação de reação catalisada e não catalisada para mostrar a diminuição na energia de ativação provocada pelo uso do catalisador.

Os catalisadores não deslocam os equilíbrios, pois atuam igualmente na rapidez das reações direta e inversa; entretanto diminuem o tempo para que seja estabelecido o estado de equilíbrio do sistema. Confira no gráfico a seguir.

Ação dos catalisadores em reações reversíveis

Fonte de pesquisa: BROWN, Theodore L. et al. Química: a ciência central. 13. ed. São Paulo: Pearson, 2016. p. 689.

Nesse gráfico, 't' subscrito 1$t_1$ é o tempo gasto para atingir o equilíbrio na presença de catalisador e 't' subscrito 2$t_2$ é o tempo gasto para atingir o equilíbrio na ausência de catalisador.

No processo, há diminuição do tempo para estabelecer o equilíbrio do sistema. Influenciando apenas o tempo para atingir o estado de equilíbrio, o catalisador não altera o rendimento da reação.

Definições ácido-base

Como estudamos no capítulo anterior, a ingestão de alimentos ricos em açúcar associada à higienização bucal inadequada provoca o desgaste do esmalte dentário e a desmineralização dos dentes. No entanto, outros alimentos, além dos doces, podem causar danos aos dentes, como os ácidos.

Os ácidos presentes em alguns alimentos, por exemplo, café, molho de tomate, refrigerante e frutas cítricas (como laranja, limão e tangerina), causam a desmineralização no esmalte dos dentes, que podem ficar amarelados, sensíveis e suscetíveis à formação de cáries.

O gráfico a seguir mostra a quantidade média de dentes afetados pela cárie, obturados e extraídos ao longo do tempo em crianças brasileiras.

Índice de cárie, extração e obturação de dente em crianças brasileiras de 12 anos, de 1986 a 2022

Fontes de pesquisa: BRASIL. Ministério da Saúde. A saúde bucal no Sistema Único de Saúde. Brasília, 2018. Disponível em: https://s.livro.pro/v0hayd.

BRASIL. Ministério da Saúde. Pesquisa Nacional de Saúde Bucal: vigência 2021-2022. Disponível em: https://s.livro.pro/nfxtfz. Acessos em: 5 set. 2024.

Professor, professora: Os dados de 2022 são referentes até o mês de novembro do referido ano.

A Química, desde sua origem, busca teorias e modelos que expliquem os comportamentos das substâncias.

Entre as teorias mais difundidas para classificar ácidos e bases, tem-se a proposta pelo químico sueco Svante August Arrhenius (1859-1927). Segundo sua definição, temos que:

A definição de ácido e base de Arrhenius é limitada, pois é restrita à classificação de soluções aquosas.

Para suprir essa limitação, dois físico-químicos, o dinamarquês Johannes Nicolaus Brønsted (1879-1947) e o inglês Thomas Martin Lowry (1874-1936), propuseram uma definição mais geral de ácidos e bases.

Ácido é toda espécie química (molécula ou íon) capaz de ceder prótons H sobrescrito mais${\text{H}}^{+}$ em uma reação. Confira a reação a seguir.

H C l abre parênteses a q fecha parênteses mais H subscrito 2 O abre parênteses l fecha parênteses duas meias setas que apontam em direções opostas H subscrito 3 O elevado a início expoente, mais, fim expoente abre parênteses a q fecha parênteses mais C l elevado a início expoente, menos, fim expoente abre parênteses a q fecha parênteses$\mathrm{\text{HC}}\mathcal{l}\left(\mathrm{\text{aq}}\right)+{\mathrm{\text{H}}}_2\mathrm{\text{O}}\left(\mathcal{l}\right)\rightleftharpoons {\mathrm{\text{H}}}_3{\mathrm{\text{O}}}^{+}\left(\mathrm{\text{aq}}\right)+{\mathrm{\text{C}}\mathcal{l}}^{-}\left(\mathrm{\text{aq}}\right)$

O cloreto de hidrogênio abre parênteses H C l fecha parênteses$\left(\mathrm{\text{HC}}\mathcal{l}\right)$ cede um próton H elevado a início expoente, mais, fim expoente${\mathrm{\text{H}}}^{+}$ para a água, transformando-se no íon cloreto abre parênteses C l elevado a início expoente, menos, fim expoente fecha parênteses$\left({\mathrm{\text{C}}\mathcal{l}}^{-}\right)$. No exemplo a seguir, o íon amônio abre parênteses N H subscrito 4 elevado a início expoente, mais, fim expoente fecha parênteses$\left({\text{N}{\text{H}}_4}^{+}\right)$ é um ácido de Brønsted-Lowry.

N H subscrito 4 elevado a início expoente, mais, fim expoente abre parênteses a q fecha parênteses duas meias setas que apontam em direções opostas N H subscrito 3 abre parênteses a q fecha parênteses mais H elevado a início expoente, mais, fim expoente abre parênteses a q fecha parênteses${\mathrm{\text{N}}{\mathrm{\text{H}}}_4}^{+}\left(\mathrm{\text{aq}}\right)\rightleftharpoons \mathrm{\text{N}}{\mathrm{\text{H}}}_3\left(\mathrm{\text{aq}}\right)+{\mathrm{\text{H}}}^{+}\left(\mathrm{\text{aq}}\right)$

Base é toda espécie química (molécula ou íon) capaz de receber prótons H sobrescrito mais${\text{H}}^{+}$ em uma reação. Observe a reação a seguir, em que a amônia abre parênteses N H subscrito 3 fecha parênteses$\left(\mathrm{\text{N}}{\mathrm{\text{H}}}_3\right)$ se comporta como uma base.

N H subscrito 3 abre parênteses a q fecha parênteses mais H subscrito 2 O abre parênteses l fecha parênteses duas meias setas que apontam em direções opostas N H subscrito 4 elevado a início expoente, mais, fim expoente abre parênteses a q fecha parênteses mais O H elevado a início expoente, menos, fim expoente abre parênteses a q fecha parênteses$\mathrm{\text{N}}{\mathrm{\text{H}}}_3\left(\mathrm{\text{aq}}\right)+{\mathrm{\text{H}}}_2\mathrm{\text{O}}\left(\mathcal{l}\right)\rightleftharpoons {\mathrm{\text{N}}{\mathrm{\text{H}}}_4}^{+}\left(\mathrm{\text{aq}}\right)+{\mathrm{\text{OH}}}^{-}\left(\mathrm{\text{aq}}\right)$

Todas as reações apresentadas anteriormente são reversíveis. Analisando a reação a seguir, podemos verificar que, para a reação inversa, o íon H subscrito 3 O elevado a início expoente, mais, fim expoente${\text{H}}_3{\text{O}}^{+}$ é um ácido de Brønsted-Lowry, pois cede um próton H sobrescrito mais${\text{H}}^{+}$.

H C l abre parênteses a q fecha parênteses mais H subscrito 2 O abre parênteses l fecha parênteses duas meias setas que apontam em direções opostas H subscrito 3 O elevado a início expoente, mais, fim expoente abre parênteses a q fecha parênteses mais C l elevado a início expoente, menos, fim expoente abre parênteses a q fecha parênteses$\mathrm{\text{HC}}\mathcal{l}\left(\text{aq}\right)+{\text{H}}_2\text{O}\left(\mathcal{l}\right)\rightleftharpoons {\text{H}}_3{\text{O}}^{+}\left(\text{aq}\right)+{\mathrm{\text{C}}\mathcal{l}}^{-}\left(\text{aq}\right)$

Na reação direta, o H C l$\text{HC}\mathcal{l}$ cede um próton H sobrescrito mais${\text{H}}^{+}$ para a água. Na reação inversa, o H subscrito 3 O elevado a início expoente, mais, fim expoente${\text{H}}_3{\text{O}}^{+}$ cede um próton H sobrescrito mais${\text{H}}^{+}$ para o C l elevado a início expoente, menos, fim expoente${\mathrm{\text{C}}\mathcal{l}}^{-}$. Portanto, o H subscrito 2 O${\text{H}}_2\text{O}$ e o C l elevado a início expoente, menos, fim expoente${\text{C}\mathcal{l}}^{-}$ são bases de Brønsted-Lowry. Considerando as reações direta e inversa, temos:

H C l ácido abre parênteses a q fecha parênteses mais H subscrito 2 O base abre parênteses l fecha parênteses duas meias setas que apontam em direções opostas H subscrito 3 O elevado a início expoente, mais, fim expoente ácido abre parênteses a q fecha parênteses mais C l elevado a início expoente, menos, fim expoente base abre parênteses a q fecha parênteses$\begin{array}{c}\text{HC}\mathcal{l}\\ \text{ácido}\end{array}\begin{array}{c}\left(\text{aq}\right)\\ \end{array}\begin{array}{c}+\\ \end{array}\begin{array}{c}{\text{H}}_2\text{O}\\ \text{base}\end{array}\begin{array}{c}\left(\mathcal{l}\right)\\ \end{array}\begin{array}{c}\rightleftharpoons \\ \end{array}\begin{array}{c}{\text{H}}_3{\text{O}}^{+}\\ \text{ácido}\end{array}\begin{array}{c}\left(\text{aq}\right)\\ \end{array}\begin{array}{c}+\\ \end{array}\begin{array}{c}\text{C}{\mathcal{l}}^{-}\\ \text{base}\end{array}\begin{array}{c}\left(\text{aq}\right)\\ \end{array}$

Dizemos que os pares H C l barra C l elevado a início expoente, menos, fim expoente$\text{HC}\mathcal{l}/{\text{C}\mathcal{l}}^{-}$ e H subscrito 3 O elevado a início expoente, mais, fim expoente barra H subscrito 2 O${\text{H}}_3{\text{O}}^{+}{/\text{H}}_2\text{O}$ são dois pares conjugados ácido-base. Na definição de ácido-base de Brønsted-Lowry, um par conjugado ácido-base é formado por duas espécies químicas que diferem entre si por um H sobrescrito mais${\text{H}}^{+}$.

Professor, professora: Mostre como são formados os pares conjugados ácido-base. Mencione que os produtos formados sempre são mais fracos do que os reagentes.

Quando um ácido tem grande tendência de liberar H elevado a início expoente, mais, fim expoente${\mathrm{\text{H}}}^{+}$, ele é considerado forte. Por exemplo, na reação anterior, o H C l$\mathrm{\text{HC}}\mathcal{l}$ apresenta grande tendência para liberar o H elevado a início expoente, mais, fim expoente${\mathrm{\text{H}}}^{+}$. Assim, a reação direta tende a ocorrer com mais velocidade até que se atinja o equilíbrio, que resulta em uma concentração maior de produtos do que de reagentes. Então, podemos concluir que o C l elevado a início expoente, menos, fim expoente${\mathrm{\text{C}}\mathcal{l}}^{-}$ tem pouca tendência de receber o H elevado a início expoente, mais, fim expoente${\mathrm{\text{H}}}^{+}$ de volta, o que nos leva a constatar que, se o ácido é forte, sua base conjugada é fraca, e vice-versa.

Essa definição, aliada ao conceito de ácidos e bases conjugados, mostra que a ideia de caráter ácido-base é relativa. Uma substância pode agir como ácido em relação a outra em uma reação, mas funcionar como base em relação a uma terceira substância.

É o caso, por exemplo, da água. Confira as reações a seguir.

Constante de ionização da água: p H$\mathbf{\text{pH}}$ e p O H$\mathbf{\text{pOH}}$

4. Você já comeu uma banana nas mesmas condições que as mostradas na fotografia a seguir? Em caso afirmativo, que sensação você teve?

Imagens desta página sem proporção e em cores fantasia.

Resposta pessoal. O objetivo desta questão é incentivar os estudantes a compartilhar suas vivências com relação ao conteúdo a ser trabalhado.

Alguns alimentos, como as bananas e os caquis, quando não estão maduros, têm um sabor adstringente, conhecido como a sensação de "amarrar a boca", diminuindo a salivação. O sabor adstringente, percebido pelo paladar, é uma característica das bases.

Durante um tempo, foi utilizado o teste do sabor para classificar os materiais em ácido ou base, o que possibilitou verificar que as bases são substâncias que tendem a apresentar sabor adstringente, e os ácidos, sabor azedo. Esse critério, no entanto, está em desuso, pois muitos ácidos e bases são tóxicos ou corrosivos e devem ser manipulados em conformidade com normas de segurança.

Medir a acidez ou a basicidade de um meio pode ser de extrema importância. Os exemplos mais próximos do nosso dia a dia são o controle da qualidade da água em piscinas e em tanques destinados à criação de peixes e o controle da acidez do solo, que influi diretamente na produção agrícola. É possível fazer essa verificação com a escala de p H$\mathrm{\text{pH}}$ para medir a acidez, a basicidade ou a neutralidade de um meio.

Professor, professora: Explique que, embora o sabor seja um indicativo do caráter ácido ou básico de uma substância, nunca devemos fazer esse teste com substâncias desconhecidas a fim de evitar intoxicação ou danos em tecidos do corpo.

Em qualquer sistema aquoso, parte das moléculas da água se ioniza. Esse sistema em equilíbrio pode ser representado por:

H subscrito 2 O abre parênteses l fecha parênteses mais H subscrito 2 O abre parênteses l fecha parênteses duas meias setas que apontam em direções opostas H subscrito 3 O elevado a início expoente, mais, fim expoente abre parênteses a q fecha parênteses mais O H elevado a início expoente, menos, fim expoente abre parênteses a q fecha parênteses${\text{H}}_2\text{O}\left(\mathcal{l}\right)+{\text{H}}_2\text{O}\left(\mathcal{l}\right)\rightleftharpoons {\text{H}}_3{\text{O}}^{+}\left(\text{aq}\right)+{\text{OH}}^{-}\left(\text{aq}\right)$

Esse sistema também pode ser descrito, de maneira simplificada, pela seguinte equação química reversível:

H subscrito 2 O abre parênteses l fecha parênteses duas meias setas que apontam em direções opostas H elevado a início expoente, mais, fim expoente abre parênteses a q fecha parênteses mais O H elevado a início expoente, menos, fim expoente abre parênteses a q fecha parênteses${\text{H}}_2\text{O}\left(\mathcal{l}\right)\rightleftharpoons {\text{H}}^{+}\left(\text{aq}\right)+{\text{OH}}^{-}\left(\text{aq}\right)$

Para esse sistema em equilíbrio, podemos escrever sua constante de equilíbrio iônico abre parênteses 'K' subscrito i fecha parênteses$\left(K_{\text{i}}\right)$.

'K' subscrito i é igual a início de fração, numerador: abre colchetes H elevado a início expoente, mais, fim expoente fecha colchetes vezes abre colchetes O H elevado a início expoente, menos, fim expoente fecha colchetes, denominador: abre colchetes H subscrito 2 O fecha colchetes, fim de fração$K_{\text{i}}=\frac{\left[{\text{H}}^{+}\right]\mathbf{·}\left[{\text{OH}}^{-}\right]}{\left[{\text{H}}_2\text{O}\right]}$

Sabendo que a concentração da água líquida é constante, o valor de abre colchetes H subscrito 2 O fecha colchetes$\left[{\text{H}}_2\text{O}\right]$ será englobado pela constante. A constante de equilíbrio iônico da água, ou produto iônico da água, é denominada 'K' subscrito w$K_{\text{w}}$.

'K' subscrito i vezes abre colchetes H subscrito 2 O fecha colchetes é igual a abre colchetes H elevado a início expoente, mais, fim expoente fecha colchetes vezes abre colchetes OH elevado a início expoente, menos, fim expoente fecha colchetes$K_{\text{i}}\mathbf{·}\left[{\mathrm{\text{H}}}_2\mathrm{\text{O}}\right]=\left[{\mathrm{\text{H}}}^{+}\right]\mathbf{·}\left[{\mathrm{\text{OH}}}^{-}\right]$

'K' subscrito w é igual a abre colchetes H elevado a início expoente, mais, fim expoente fecha colchetes vezes abre colchetes O H elevado a início expoente, menos, fim expoente fecha colchetes$K_{\text{w}}=\left[{\text{H}}^{+}\right]\mathbf{·}\left[{\text{OH}}^{-}\right]$

Em um copo com água, há um equilíbrio dinâmico em que suas moléculas estão se ionizando e produzindo íons H subscrito 3 O elevado a início expoente, mais, fim expoente${\text{H}}_3{\text{O}}^{+}$ e O H elevado a início expoente, menos, fim expoente${\text{OH}}^{-}$, enquanto outros íons H subscrito 3 O elevado a início expoente, mais, fim expoente${\mathrm{\text{H}}}_3{\mathrm{\text{O}}}^{+}$ e O H elevado a início expoente, menos, fim expoente${\mathrm{\text{OH}}}^{-}$ se juntam para formar moléculas de água.

Experimentalmente, em 1 litro$1\text{ L}$ de água a 25 graus Celsius$25\text{ °C}$, 1 vírgula 0 vezes 10 elevado a menos 7 mol$\mathrm{1,0}\mathbf{·}{10}^{-7}\text{ mol}$ de moléculas se ionizam, produzindo íons H sobrescrito mais${\text{H}}^{+}$ e O H elevado a início expoente, menos, fim expoente${\text{OH}}^{-}$. Considerando que nessas condições físicas a densidade da água líquida seja igual a 1 vírgula 0 grama por mililitro$\mathrm{1,0}\text{ g/mL}$, 1 litro$1\text{ L}$ dessa substância apresentará massa igual a 1.000 gramas$1.000\text{ g}$.

A massa molar da água é igual a 18 gramas por mol$18\text{ g/mol}$. Portanto, para 1.000 gramas$1.000\text{ g}$ de água, temos:

n é igual a 'm' sobre M implica em n é igual a início de fração, numerador: 1.000 gramas, denominador: 18 gramas barra mol, fim de fração é aproximadamente igual a 55 vírgula 6 mol$n=\frac{m}{M}\Rightarrow n=\frac{1.000\text{ g}}{18\text{ g/mol}}\simeq \mathrm{55,6}\text{ mol}$

A concentração de moléculas de água é de aproximadamente 55 vírgula 6 mol por litro$\mathrm{55,6}\text{ mol/L}$. Como apenas 1 vírgula 0 vezes 10 elevado a menos 7 mol$\mathrm{1,0}\mathbf{·}{10}^{-7}\text{ mol}$ de moléculas se ionizam, isso equivale a dizer que, para cada 556 000 000 moléculas de água, apenas uma vai se autoionizar, pois o grau de ionização da água pura é extremamente baixo.

Usando as concentrações dos íons H elevado a início expoente, mais, fim expoente${\text{H}}^{\text{+}}$ e O H elevado a início expoente, menos, fim expoente${\text{OH}}^{-}$, podemos calcular o produto iônico da água abre parênteses 'K' subscrito w fecha parênteses$\left(K_{\text{w}}\right)$ para 1.000 gramas abre parênteses 1 quilograma fecha parênteses$1.000\text{ g }\left(1\text{ kg}\right)$ de água:

'K' subscrito w é igual a abre colchetes H elevado a início expoente, mais, fim expoente fecha colchetes vezes abre colchetes O H elevado a início expoente, menos, fim expoente fecha colchetes$K_{\text{w}}=\left[{\mathrm{\text{H}}}^{+}\right]\mathbf{·}\left[{\mathrm{\text{OH}}}^{-}\right]$

'K' subscrito w é igual a abre parênteses 1 vírgula 0 vezes 10 elevado a menos 7 fecha parênteses vezes abre parênteses 1 vírgula 0 vezes 10 elevado a menos 7 fecha parênteses$K_{\text{w}}=\left(\mathrm{1,0}\mathbf{·}{10}^{-7}\right)\mathbf{·}\left(\mathrm{1,0}\mathbf{·}{10}^{-7}\right)$

'K' subscrito w é igual a 1 vírgula 0 vezes 10 elevado a menos 14$K_{\text{w}}=\mathrm{1,0}\mathbf{·}{10}^{-14}$

Professor, professora: Ressalte o quanto são pequenas as concentrações dos íons, reproduzindo na lousa os cálculos do início desta página. Calcule o valor do e mostre como ele varia com a temperatura. Explique aos estudantes que todas as situações do livro envolvem o 'K' subscrito w$K_{\text{w}}$ a 25 graus Celsius$25°\text{C}$.

Em determinado meio, as concentrações dos íons H elevado a início expoente, mais, fim expoente${\text{H}}^{\text{+}}$ e O H elevado a início expoente, menos, fim expoente${\text{OH}}^{-}$ definem se ele é ácido, básico ou neutro de acordo com as relações mostradas no quadro a seguir.

Ao adicionar, por exemplo, H C l$\text{HC}\mathcal{l}$ à água pura, esse ácido se ioniza:

H C l abre parênteses a q fecha parênteses duas meias setas que apontam em direções opostas H elevado a início expoente, mais, fim expoente abre parênteses a q fecha parênteses mais C l elevado a início expoente, menos, fim expoente abre parênteses a q fecha parênteses$\text{HC}\mathcal{l}\left(\text{aq}\right)\rightleftharpoons {\text{H}}^{+}\left(\text{aq}\right)+\text{C}{\mathcal{l}}^{-}\left(\text{aq}\right)$

O aumento na quantidade de íons H sobrescrito mais${\text{H}}^{+}$ vai alterar o equilíbrio de ionização da água, favorecendo sua formação, pois uma pequena quantidade de íons H sobrescrito mais${\text{H}}^{+}$ vai reagir com os íons O H elevado a início expoente, menos, fim expoente${\text{OH}}^{-}$ de sua autoionização.

H subscrito 2 O abre parênteses l fecha parênteses duas meias setas que apontam em direções opostas H elevado a início expoente, mais, fim expoente abre parênteses a q fecha parênteses mais O H elevado a início expoente, menos, fim expoente abre parênteses aq fecha parênteses${\text{H}}_2\text{O}\left(\mathcal{l}\right)\rightleftharpoons {\text{H}}^{+}\left(\text{aq}\right)+{\text{OH}}^{-}\left(\text{aq}\right)$

Isso faz que a concentração de íons O H elevado a início expoente, menos, fim expoente${\text{OH}}^{-}$ seja reduzida até que o produto da concentração de H subscrito 3 O elevado a início expoente, mais, fim expoente${\text{H}}_3{\text{O}}^{+}$ e O H elevado a início expoente, menos, fim expoente${\text{OH}}^{-}$ volte a ser igual a 1 vírgula 0 vezes 10 elevado a menos 14$\mathrm{1,0}\mathbf{·}{10}^{-14}$.

Vamos considerar, por exemplo, que foi preparada uma solução de H C l$\text{HC}\mathcal{l}$ com concentração de 10 elevado a menos 3 mol barra litro${10}^{-3}\text{ mol/L}$. Como o H C l$\text{HC}\mathcal{l}$ é um ácido forte, podemos admitir que ele foi totalmente ionizado e que a concentração de H sobrescrito mais${\text{H}}^{+}$ é igual a 10 elevado a menos 3 mol barra litro${10}^{-3}\text{ mol/L}$.

Substituindo esse valor na fórmula do 'K' subscrito w$K_{\text{w}}$, temos:

'K' subscrito w é igual a abre colchetes H elevado a início expoente, mais, fim expoente fecha colchetes vezes abre colchetes O H elevado a início expoente, menos, fim expoente fecha colchetes$K_{\text{w}}=\left[{\text{H}}^{+}\right]\mathbf{·}\left[{\mathrm{\text{OH}}}^{-}\right]$

1 vírgula 0 vezes 10 elevado a menos 14 é igual a 1 vírgula 0 vezes 10 elevado a menos 3 vezes abre colchetes O H elevado a início expoente, menos, fim expoente fecha colchetes$\mathrm{1,0}\mathbf{·}{10}^{-14}=\mathrm{1,0}\mathbf{·}{10}^{-3}\mathbf{·}\left[{\text{OH}}^{-}\right]$

abre colchetes O H elevado a início expoente, menos, fim expoente fecha colchetes é igual a 1 vírgula 0 vezes 10 elevado a menos 11 mol por litro$\left[{\text{OH}}^{-}\right]=\mathrm{1,0}\mathbf{·}{10}^{-11}\text{ mol/L}$

De modo análogo, ao adicionar uma base na água, a concentração dos íons H sobrescrito mais${\text{H}}^{+}$ diminuirá e a concentração de íons H sobrescrito mais${\text{H}}^{+}$ poderá ser calculada.

Para que os banhos em piscinas sejam agradáveis e seguros, é preciso ter alguns cuidados com a água, como eliminar os resíduos que podem ser vistos a olho nu e fazer o controle de seu p H$\mathrm{\text{pH}}$, para garantir que ela não irrite os olhos e a pele dos banhistas e não danifique os equipamentos da piscina.

De forma geral, para fazer essa análise, utiliza-se um estojo que, além de possibilitar a leitura da quantidade de cloro abre parênteses C l fecha parênteses$\left(\text{C}\mathcal{l}\right)$ na água, indica seu p H$\mathrm{\text{pH}}$.

Quando a água está ácida, é necessário adicionar um material que tem como componente principal o carbonato de sódio abre parênteses N a subscrito 2 C O subscrito 3 fecha parênteses$\left({\mathrm{\text{Na}}}_2\mathrm{\text{C}}{\mathrm{\text{O}}}_3\right)$, aumentando o p H$\mathrm{\text{pH}}$ dela. Quando ela está alcalina, adiciona-se um material que seja ácido. Nesse caso, usa-se o ácido clorídrico (solução aquosa de cloreto de hidrogênio), diminuindo o p H$\mathrm{\text{pH}}$ e evitando que a água se torne turva.

Os estudos sobre p H$\mathrm{\text{pH}}$ iniciaram-se com o químico dinamarquês Søren Peter Lauritz Sørensen (1868-1939). Sua ideia era trabalhar apenas com o expoente de base 10 e com valores positivos. Assim, ele definiu que, para expressarmos o potencial hidrogeniônico abre parênteses p H fecha parênteses$\left(\mathrm{\text{pH}}\right)$ e o potencial hidroxiliônico abre parênteses p O H fecha parênteses$\left(\mathrm{\text{pOH}}\right)$ de uma solução, devemos usar:

• p H é igual a menos log abre colchetes H elevado a início expoente, mais, fim expoente fecha colchetes$\text{pH}=-\text{log}\left[{\text{H}}^{+}\right]$
• p O H é igual a menos log abre colchetes O H elevado a início expoente, menos, fim expoente fecha colchetes$\text{pOH}=-\text{log}\left[{\text{OH}}^{-}\right]$

Sabemos que, para um meio neutro, como a água pura à temperatura de 25 graus Celsius$25\text{ °C}$, abre colchetes H elevado a início expoente, mais, fim expoente fecha colchetes é igual a abre colchetes O H elevado a início expoente, menos, fim expoente fecha colchetes é igual a 1 vírgula 0 vezes 10 elevado a menos 7 mol por litro$\left[{\text{H}}^{+}\right]=\left[{\text{OH}}^{-}\right]=\mathrm{1,0}\mathbf{·}{10}^{-7}\text{ mol/L}$. Portanto, temos:

• p H é igual a menos log abre parênteses 10 elevado a menos 7 fecha parênteses portanto p H é igual a 7$\text{pH}=-\text{log}\left({10}^{-7}\right)\mathbf{\therefore }\text{pH}=7$
• p O H é igual a menos log abre parênteses 10 elevado a menos 7 fecha parênteses portanto p O H é igual a 7$\text{pOH}=-\text{log}\left({10}^{-7}\right)\mathbf{\therefore }\text{pOH}=7$

Para qualquer solução a 25 graus Celsius$25\text{ °C}$, também são válidas as relações:

abre colchetes H elevado a início expoente, mais, fim expoente fecha colchetes vezes abre colchetes O H elevado a início expoente, menos, fim expoente fecha colchetes é igual a 1 vírgula 0 vezes 10 elevado a menos 14$\left[{\text{H}}^{+}\right]\mathbf{·}\left[{\text{OH}}^{-}\right]=\mathrm{1,0}\mathbf{·}{10}^{-14}$

p H mais p O H é igual a 14$\text{pH}+\text{pOH}=14$

A seguir, são apresentados os valores de concentrações, em quantidade de matéria, de íons H sobrescrito mais${\text{H}}^{+}$ e de O H elevado a início expoente, menos, fim expoente${\text{OH}}^{-}$, com seus respectivos p H$\text{pH}$ e p O H$\text{pOH}$ a 25 graus Celsius$25\text{ °C}$. Quanto menor o valor do p H$\mathrm{\text{pH}}$, mais ácida é a solução.

Métodos de determinação de p H$\mathbf{\text{pH}}$

A medida do p H$\text{pH}$ de uma solução aquosa pode ser feita com o auxílio de um aparelho chamado peagômetro ou de um indicador ácido-base.

O peagômetro mede a diferença de potencial elétrico existente em uma solução e tem uma escala graduada em valores de p H$\text{pH}$.

Os indicadores ácido-base são materiais que mudam de cor conforme o p H$\text{pH}$ da solução. Alguns vegetais têm a propriedade de mudar de cor em contato com ácidos ou bases. Um exemplo é o extrato do repolho-roxo.

Os indicadores utilizados em indústrias e laboratórios são compostos orgânicos que apresentam caráter de ácido fraco ou de base fraca. Confira as características e os usos de alguns deles.

Papel indicador universal e papel de tornassol

O papel indicador universal pode adquirir várias cores. Ao mergulhá-lo em uma solução a ser testada, ele adquire uma cor, que é comparada com uma escala colorida de referência, permitindo estimar o p H$\text{pH}$. O indicador universal é obtido por meio da mistura apropriada de vários indicadores ácido-base.

O papel de tornassol é poroso e impregnado de tornassol, indicador solúvel em água extraído de algumas espécies de liquens. Ele pode ser azul, vermelho ou neutro. E ao contrário do indicador universal, esse papel não permite que seja estimado o valor do p H$\text{pH}$ da solução testada, ele apenas indica se ela é ácida ou básica. Pode-se utilizá-lo colocando-o diretamente na solução ou pingando gotas da solução sobre ele.

O papel de tornassol neutro adquire cor vermelha em contato com soluções ácidas e cor azul em contato com soluções básicas. O papel de tornassol vermelho adquire a cor azul em contato com uma solução básica. E o papel de tornassol azul adquire a cor vermelha em contato com uma solução ácida.

Soluções indicadoras

As soluções indicadoras têm a propriedade de mudar de coloração em função do p H$\text{pH}$ do meio. O intervalo de valores na escala de p H$\text{pH}$ em que ocorre a mudança de cor da solução indicadora é chamada faixa de viragem (ou intervalo de viragem). Confira na tabela Faixa de viragem de algumas soluções.

Fonte de pesquisa: BURROWS, Andrew et al. Chemistry³: introducing inorganic, organic and physical chemistry. 3. ed. Inglaterra: Oxford University Press, 2017. p. 328.

Essa faixa de viragem determina o tipo de solução para o qual esse indicador pode ser usado. A fenolftaleína, por exemplo, é incolor para p H$\text{pH}$ abaixo de 8,0 e começa a adquirir coloração rosa a partir desse p H$\text{pH}$. Portanto, se ela ficar com a cor rosa, temos a garantia de que a solução é básica. No entanto, se ela permanecer incolor, não é possível identificar se a solução é ácida, básica ou neutra. O mesmo pode ser dito dos outros dois indicadores citados, de acordo com as suas faixas de viragem.

Constantes de ionização e de dissociação

Anteriormente, estudamos que na reação química de ionização ocorre a formação de íons que não existiam no início da reação, como no exemplo A destacado a seguir, com a formação de íons positivos e negativos por meio do cloreto de hidrogênio em solução aquosa.

Ao adicionar ácido clorídrico em água, ocorre a ionização desse composto molecular, pois há uma atração elétrica entre os polos positivo e negativo do ácido com os da molécula de água, formando cátions H subscrito 3 O elevado a início expoente, mais, fim expoente${{\mathrm{\text{H}}}_3\mathrm{\text{O}}}^{+}$ e ânions C l elevado a início expoente, menos, fim expoente$\mathrm{\text{C}}{\mathcal{l}}^{-}$.

Imagens elaboradas com base em: CHANG, Raymond; GOLDSBY, Kenneth A. Química. 11. ed. Porto Alegre: AMGH, 2013. p. 676.

Já nas reações químicas de dissociação iônica, os íons existentes se separam, como no exemplo B, com o N a elevado a início expoente, mais, fim expoente${\mathrm{\text{Na}}}^{+}$ e o C l elevado a início expoente, menos, fim expoente$\mathrm{\text{C}}{\mathcal{l}}^{-}$ obtidos a partir do cloreto de sódio abre parênteses N a C l fecha parênteses$\left(\mathrm{\text{NaC}}\mathcal{l}\right)$ em água.

Ao solubilizar cloreto de sódio em água, ocorre a dissociação iônica, pois seus íons são separados pela atração elétrica com os polos da água.

Imagens elaboradas com base em: BROWN, Theodore L. et al. Química: a ciência central. Tradução: Eloiza Lopes, Tiago Jonas e Sonia Midori Yamamoto. 13. ed. São Paulo: Pearson Education do Brasil, 2016. p. 127.

As soluções que apresentam íons livres, sejam eles produto da ionização ou da dissociação iônica do soluto, têm seus equilíbrios denominados equilíbrios iônicos.

Considere duas soluções aquosas em equilíbrio químico, sendo uma delas um ácido genérico H A abre parênteses a q fecha parênteses$\text{HA}\left(\text{aq}\right)$ que se ioniza, enquanto a outra é uma base genérica B O H abre parênteses a q fecha parênteses$\text{BOH}\left(\text{aq}\right)$ que se dissocia. As reações de ionização e dissociação e suas respectivas constantes de equilíbrio são representadas por:

Assim como em 'K' subscrito c$K_{\text{c}}$, os valores de 'K' subscrito a$K_{\text{a}}$ e 'K' subscrito b$K_{\text{b}}$ variam com a temperatura.

Quando os valores numéricos de 'K' subscrito a$K_{\text{a}}$ e 'K' subscrito b$K_{\text{b}}$ são altos, o numerador da fração é muito maior do que o denominador. Podemos concluir, então, que a dissociação ou ionização também é alta. De modo análogo, quando os valores numéricos de 'K' subscrito a$K_{\text{a}}$ e 'K' subscrito b$K_{\text{b}}$ são baixos, o numerador da fração é muito menor do que o denominador, e constatamos que a dissociação ou ionização é baixa.

O grau de ionização abre parênteses alfa fecha parênteses$\left(\text{α}\right)$ de um eletrólito (ácidos e bases, por exemplo) é definido como:

alfa é igual a início de fração, numerador: Quantidade de matéria dissociados ou ionizados, denominador: Quantidade inicial de matéria, fim de fração$\text{α}=\frac{\text{Quantidade de matéria dissociados ou ionizados}}{\text{Quantidade inicial de matéria}}$

A força desses eletrólitos é diretamente proporcional ao seu grau de ionização ou grau de dissociação. Ácidos e bases fortes apresentam alto grau de ionização e de dissociação. Confira os exemplos na tabela a seguir.

Fonte de pesquisa: BRUICE, Paula Yurkanis. Organic Chemistry. 8. ed. NJ: Pearson Education, 2015. p. 1.241-1.242.

Em 1909, o filósofo e químico russo Friedrich Wilhelm Ostwald (1853-1932) recebeu o Prêmio Nobel de Química por inúmeros trabalhos sobre catálise e equilíbrios químicos iônicos, entre eles a dedução atualmente conhecida como lei da diluição de Ostwald.

Segundo essa lei, a uma dada temperatura, ao diminuir a concentração em quantidade de matéria de um eletrólito, seu grau de ionização (ou de dissociação) alfa$\text{α}$ aumenta.

Professor, professora: Explique que as constantes também variam com a temperatura. Em conjunto com os estudantes, interprete o que representam valores altos ou baixos para essas constantes por meio da análise das expressões matemáticas.

Ostwald deduziu a seguinte relação entre a constante e o grau de ionização (ou dissociação) de um monoácido^✚ ou uma monobase^✚:

em que M$M$ é a concentração inicial do eletrólito em mol por litro$\text{mol/L}$.

Para eletrólitos muito fracos abre parênteses alfa é menor do que 0 vírgula 0 5 fecha parênteses$\left(\text{α}<\mathrm{0,05}\right)$, podemos admitir que o denominador abre parênteses 1 menos alfa fecha parênteses$\left(1-\text{α}\right)$ tem valor muito próximo a 1. Dessa forma, a equação pode ser simplificada, obtendo-se:

Considerando que os valores de 'K' subscrito a$K_{\text{a}}$ e 'K' subscrito b$K_{\text{b}}$ variam apenas com a temperatura, concluímos que M$M$ e alfa$\text{α}$ são inversamente proporcionais. Portanto, quanto mais diluída for a solução, maior será seu grau de ionização.

Professor, professora: Apresente o grau de ionização do ácido etanoico em função da concentração da solução. Mostre que a diluição da solução provoca um aumento no grau de ionização. Explique a interpretação da lei da diluição de Ostwald baseada na teoria das colisões, dizendo que um ácido diluído tem mais moléculas de solvente próximas a ele, portanto a interação mais frequente é entre moléculas de ácido com moléculas de solvente.

Confira no quadro a seguir o grau de ionização do ácido etanoico abre parênteses C H subscrito 3 C O O H fecha parênteses$\left({\text{CH}}_3\text{COOH}\right)$ no equilíbrio.

C H subscrito 3 C O O H abre parênteses a q fecha parênteses duas meias setas que apontam em direções opostas C H subscrito 3 C O O elevado a início expoente, menos, fim expoente abre parênteses a q fecha parênteses mais H elevado a início expoente, mais, fim expoente abre parênteses a q fecha parênteses$\text{C}{\mathrm{\text{H}}}_3\mathrm{\text{COOH}}\left(\mathrm{\text{aq}}\right)\rightleftharpoons \text{C}{\mathrm{\text{H}}}_3{\mathrm{\text{COO}}}^{-}\left(\mathrm{\text{aq}}\right)+{\mathrm{\text{H}}}^{+}\left(\mathrm{\text{aq}}\right)$