Por John Brennan, atualizado em 30 de agosto de 2022
Num sistema químico, o equilíbrio é alcançado quando as reações direta e inversa ocorrem em taxas iguais. A posição deste equilíbrio é governada pela termodinâmica – especificamente, a energia liberada e a entropia mudam durante o processo. A uma determinada temperatura e pressão, a proporção entre reagentes e produtos é fixada pela constante de equilíbrio. Quando a pressão parcial de CO₂ é conhecida, a constante de equilíbrio pode ser usada para calcular a concentração de bicarbonato, HCO₃⁻, em solução.
Etapa 1:Escreva os equilíbrios relevantes
- CO₂ (g) + H₂O (l) ⇌ H₂CO₃ (aq)
- H₂CO₃ (aq) ⇌ H⁺ (aq) + HCO₃⁻ (aq)
- HCO₃⁻ (aq) ⇌ H⁺ (aq) + CO₃²⁻ (aq)
Todas essas reações são reversíveis. As constantes de equilíbrio para cada etapa nos permitem determinar as concentrações relativas de CO₂, H₂CO₃, HCO₃⁻ e CO₃²⁻ no equilíbrio.
Etapa 2:Faça suposições práticas
Assumindo a temperatura ambiente (≈25°C) e a pressão atmosférica padrão, normalmente consideramos que o carbonato (CO₃²⁻) está presente apenas em pequenas quantidades quando o pH da solução é ≤9. Nessas condições, o CO₂ dissolvido, o ácido carbônico (H₂CO₃) e o bicarbonato (HCO₃⁻) dominam. Em meios altamente alcalinos (pH>9), o equilíbrio muda para bicarbonato e carbonato, com o ácido carbônico tornando-se insignificante.
Etapa 3:Calcular a concentração de CO₂ dissolvido
Usando a Lei de Henry, a concentração de CO₂ dissolvido é dada por:
CO₂(aq) =(2,3×10⁻²molL⁻¹atm⁻¹)×P_CO₂
onde P_CO₂ é a pressão parcial de CO₂ em atmosferas.
Etapa 4:Estimar a concentração de ácido carbônico
O ácido carbônico se forma a partir do CO₂ dissolvido de acordo com a constante de equilíbrio da primeira reação. Uma relação empírica é:
H₂CO₃ =(1,7×10⁻³molL⁻¹mol⁻¹L)×[CO₂(aq)]
Etapa 5:Determine a concentração de bicarbonato
Como H₂CO₃ é um ácido fraco, sua dissociação em H⁺ e HCO₃⁻ pode ser aproximada usando a constante de dissociação de ácido (K_a ≈ 4,3×10⁻⁷). Reorganizando a expressão para K_a dá:
4,3×10⁻⁷ =[H⁺]² / [H₂CO₃]
Assumindo eletroneutralidade, [H⁺] ≈ [HCO₃⁻] nesta faixa de pH. Resolver [HCO₃⁻] produz a concentração desejada de bicarbonato:
[HCO₃⁻] =√(4,3×10⁻⁷×[H₂CO₃])
TL;DR
No equilíbrio, o sistema equilibra as reações direta e reversa, ligando a pressão parcial de CO₂, CO₂ dissolvido, ácido carbônico e bicarbonato. Aplicando a Lei de Henry e a constante de dissociação ácida, você pode calcular a concentração de bicarbonato em uma solução.
