Equilíbrio iônico

Segundo a teoria de Arrhenius, os ácidos são compostos covalentes que reagem com a água, sofrendo ionização, isto é, ocorre a formação de íons que não existiam anteriormente, sendo que apresentam como único cátion o hidrônio (H₃O⁺). Já as bases são compostos capazes de se dissociar na água, ou seja, ocorre a separação dos seus íons que já existiam, dos quais o único ânion é o hidróxido, OH^-.

Na realidade, essas reações de ionização dos ácidos e dissociação iônica das bases são reações reversíveis que podem atingir o equilíbrio químico. Isso é mostrado abaixo, considerando um ácido genérico (HA) e uma base genérica (BOH):

HA + H₂O_(ℓ) ↔ H₃O⁺_(aq) + A^-_(aq)
BOH ↔ B⁺_(aq)  + OH^-_(aq)

Esses são exemplos de equilíbrios iônicos.

“Equilíbrio iônico é todo equilíbrio químico
que envolve a participação de íons.”

A constante de equilíbrio (K_C) para os equilíbrios iônicos acima pode ser expressa da seguinte forma:

K_C = [H₃O⁺] . [A^-]                             K_C = [B⁺] . [OH^-]                              
         [HA] . [H₂O]                                        [COH]

Observe que no caso da constante de equilíbrio do ácido aparece a água. Porém, como a água é um líquido, a sua concentração em mol/L não varia, é uma constante. Então, podemos fazer o seguinte:

K_C . [H₂O] = [H₃O⁺] . [A^-]
                            [HA]

Visto que K_C . [H₂O] = constante, encontramos uma nova constante, a constante de ionização, que é simbolizada por K_i. Quando se trata de ácidos, a constante de ionização é também simbolizada por K_a, e quando é uma base, ela é simbolizada por K_b. Mas essas são apenas notações diferentes que são utilizadas para designar a mesma constante.

Assim, temos que as constantes de ionização das reações genéricas acima são:

K_i = [H₃O⁺] . [A^-]                   K_i = [B⁺] . [OH^-]                               
              [HA]                                     [COH]
                                   ou
K_a = [H₃O⁺] . [A^-]                  K_b = [B⁺] . [OH^-]                              
              [HA]                                     [COH]

Observe que a constante de ionização é diretamente proporcional à concentração dos íons. Assim, quanto maior for o grau de ionização ou de dissociação (α) dos ácidos e das bases, maior será a constante de ionização. E quanto maior forem os valores das constantes de ionização, mais fortes serão os ácidos ou as bases.

Os valores de K_i podem ser determinados experimentalmente e, dessa forma, podemos identificar qual ácido ou base é forte ou fraca. Por exemplo, considere os equilíbrios iônicos do ácido clorídrico e do ácido fluorídrico abaixo:

HCℓ + H₂O_(ℓ) ↔ H₃O⁺_(aq) + Cℓ^-_(aq)         A 25 ºC e em uma         → α = 100%
HF + H₂O_(ℓ) ↔ H₃O⁺_(aq) + F^-_(aq)          solução a 1,0 mol/L   → α = 3%

Isso significa que se forem adicionadas 100 moléculas de HCℓ na água, todas irão se ionizar, enquanto de cada 100 moléculas de HF, somente 3 se ionizarão. Isso nos mostra que o HCℓ é um ácido forte, enquanto o HF é um ácido fraco.

Isso é mostrado também pelos seus respectivos valores das constantes de ionização:

K_a(HCℓ) = muito grande (10³);
K_a(HF) = 7 . 10^-4.