Calculadora de Grau de Ionização
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| Constante de Dissociação Ácida | 1,8e-5 |
|---|---|
| Concentração Inicial | 0,1 M |
Calculadora de Grau de Ionização
Calcule o grau de ionização (porcentagem) de um ácido fraco monoprótico a partir de sua constante de dissociação ácida Ka e da concentração inicial. Resolve Ka = x²/(c − x) de forma exata para a concentração de íons hidrogênio e informa a porcentagem ionizada junto com [H⁺] e o pH.
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Detalhes
O que o grau de ionização indica
Um ácido fraco monoprótico não se dissocia completamente na água. Ele permanece em equilíbrio:
HA⇌H++A−O grau de ionização mede o quanto esse equilíbrio se desloca para a direita — que parcela das moléculas de ácido dissolvidas realmente liberou seu próton. Um ácido forte está essencialmente 100% ionizado; um ácido fraco costuma ionizar apenas de uma fração de porcento a alguns porcento.
| Símbolo | Grandeza | Unidade |
|---|---|---|
| Ka | Constante de dissociação ácida | adimensional |
| c | Concentração inicial | mol/L |
| [H⁺] | Concentração de íons hidrogênio no equilíbrio | mol/L |
| α | Grau de ionização | % |
O equilíbrio exato
Seja no equilíbrio, restando de ácido não dissociado. A constante de dissociação ácida é:
Ka=c−xx2Rearranjando em uma equação de segundo grau e tomando a raiz fisicamente significativa (positiva), obtém-se uma expressão exata para a concentração de íons hidrogênio:
[H+]=2−Ka+Ka2+4KacO grau de ionização e o pH seguem diretamente:
α=c[H+]×100pH=−log10[H+]Esta calculadora resolve a equação quadrática de forma exata, então permanece precisa mesmo onde o atalho popular se desviaria.
Exemplo resolvido
O ácido acético tem . Prepare uma solução de 0,10 mol/L. Quão ionizada ela está?
[H+]=2−1.8×10−5+(1.8×10−5)2+4(1.8×10−5)(0.10)≈1.33×10−3 mol/L α=0.101.33×10−3×100≈1.33%pH=−log10(1.33×10−3)≈2.87Portanto, apenas cerca de 1,3% das moléculas de ácido acético se dissociaram; o restante permanece intacto em solução.
Por que a diluição aumenta o grau de ionização
É uma peculiaridade célebre dos ácidos fracos: diluir a solução aumenta o grau de ionização, ainda que a concentração absoluta de íons hidrogênio caia. Adicionar água reduz a concentração de toda espécie dissolvida e, pelo princípio de Le Chatelier, o equilíbrio se desloca para o lado com mais partículas dissolvidas — o lado ionizado — para se opor em parte à mudança.
A aproximação captura a tendência: o grau de ionização varia com . Reduza a concentração dez vezes e o grau de ionização sobe cerca de vezes. Reduza a concentração na calculadora para ver o valor subir.
Ácidos mais fortes ionizam mais
A uma concentração fixa, quanto maior o de um ácido, maior seu grau de ionização. O ácido fórmico () tem aproximadamente dez vezes o do ácido acético e ioniza-se visivelmente mais na mesma diluição. Levado longe o suficiente — até os ácidos fortes como o HCl, em que a dissociação é efetivamente completa — o grau de ionização simplesmente se aproxima de 100%, e o tratamento por equilíbrio deixa de ser necessário.
Perguntas frequentes (FAQ)
Como se calcula o grau de ionização?
Para um ácido fraco monoprótico HA ⇌ H⁺ + A⁻, monta-se o equilíbrio com x = [H⁺] = [A⁻] e ácido não dissociado c − x. A constante de dissociação ácida é Ka = x²/(c − x). Resolvendo essa equação de segundo grau de forma exata, obtém-se x = (−Ka + √(Ka² + 4·Ka·c)) / 2. O grau de ionização é então α = ([H⁺]/c) × 100. Esta calculadora usa a equação quadrática exata, então permanece precisa mesmo quando a aproximação comum x ≈ √(Ka·c) falharia. Como exemplo, o ácido acético (Ka = 1,8 × 10⁻⁵) a 0,10 mol/L está cerca de 1,33% ionizado.
O que significa grau de ionização?
O grau de ionização é a fração das moléculas de um ácido fraco que de fato se dissociaram em íons no equilíbrio, expressa como porcentagem. Um ácido forte está efetivamente 100% ionizado — cada molécula doa seu próton. Um ácido fraco só se dissocia parcialmente, de modo que uma solução de ácido acético 0,10 mol/L fica em torno de 1,33%: a grande maioria do ácido acético permanece como moléculas intactas, não dissociadas. Quanto maior o Ka de um ácido, maior seu grau de ionização a uma dada concentração.
Por que o grau de ionização aumenta ao diluir um ácido fraco?
Diluir um ácido fraco aumenta seu grau de ionização, ainda que a [H⁺] absoluta caia. A razão é o princípio de Le Chatelier: adicionar água reduz a concentração de todas as espécies dissolvidas, e o equilíbrio HA ⇌ H⁺ + A⁻ se desloca para o lado com mais partículas dissolvidas — o lado ionizado — para neutralizar em parte a diluição. Matematicamente, na aproximação α ≈ √(Ka/c), o grau de ionização varia com 1/√c, então reduzir a concentração dez vezes aumenta o grau de ionização em cerca de √10 ≈ 3,2 vezes. Experimente reduzir a concentração na calculadora para ver o efeito.
Como ácidos fortes e fracos diferem na ionização?
Um ácido forte como HCl ou HNO₃ dissocia-se essencialmente por completo na água, então seu grau de ionização fica próximo de 100% e sua [H⁺] é igual à concentração formal. Um ácido fraco como o acético, o fórmico ou o fluorídrico tem um Ka pequeno e ioniza-se apenas parcialmente — muitas vezes de uma fração de porcento a alguns porcento em concentrações típicas. Esta calculadora foi feita para ácidos fracos monopróticos, em que a solução exata do equilíbrio é necessária; para um ácido forte, o grau de ionização é simplesmente tomado como 100%.
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