A porcentagem de ionização informa quanto de um ácido ou base fraco realmente se divide em íons quando atinge o equilíbrio em solução – ao contrário de ácidos e bases fortes, que são tratados como essencialmente 100% ionizados. Esta calculadora percorre desde Ka ou Kb e uma concentração inicial até a porcentagem de ionização, as concentrações de íons de equilíbrio e o pH, escolhendo automaticamente a matemática correta ao longo do caminho.
Por que os ácidos fracos não ionizam totalmente
Um ácido fraco HA estabelece um equilíbrio com sua própria base conjugada: HA(aq) ⇌ H⁺(aq) + A⁻(aq). Ao contrário de um ácido forte como o HCl, que é descrito como se dissociando essencialmente completamente, o valor Ka de um ácido fraco - geralmente muito menor que 1 - reflete que apenas uma fração das moléculas originais de HA se separa no equilíbrio. A mesma lógica se aplica a bases fracas via Kb, apenas com a água atuando como doadora de prótons, em vez do ácido doar um próton diretamente.
Duas maneiras de resolver x e quando cada uma se aplica
A concentração de equilíbrio de espécies ionizadas, x, satisfaz K = x² / (C − x). Resolver isso requer exatamente a fórmula quadrática, mas para muitos ácidos e bases fracos x é pequeno o suficiente em relação a C para que C − x ≈ C, simplificando para x ≈ √(K·C). Esta calculadora verifica o próprio resultado da aproximação: se ela prevê mais do que aproximadamente 5% de ionização, a suposição por trás dela (x ≪ C) não é mais segura, então a calculadora resolve o quadrático exato x² + Kx − KC = 0 em vez disso. Essa verificação automática é importante porque usar a aproximação fora de sua faixa válida pode exagerar a verdadeira ionização em vários pontos percentuais, como mostrado no exemplo de Ka forte acima.
Lendo a porcentagem de ionização, equilíbrio e pH juntos
A porcentagem de ionização por si só indica o quão 'fraco' um ácido ou base está se comportando sob a concentração específica que você inseriu - o mesmo Ka pode produzir valores de porcentagem de ionização muito diferentes em concentrações diferentes, e é por isso que a diluição altera a porcentagem de forma mensurável, embora o próprio Ka nunca mude. A tabela ICE da guia Equilibrium mostra exatamente como a concentração inicial se divide nas porções não reagidas e ionizadas, e a guia pH converte essa concentração de íons de equilíbrio na escala de acidez diária. Como [H+][OH-] = 1,0×10⁻¹⁴ a 25°C, inserir o Kb de uma base ainda produz uma imagem completa de pH/pOH, não apenas pOH.
Limites e casos extremos
Esta calculadora assume um equilíbrio único e simples de ácido fraco ou base fraca a 25°C em solução aquosa diluída — ela não modela ácidos polipróticos (onde uma segunda ou terceira etapa de ionização é importante), sistemas tampão com um efeito de íon comum significativo ou correções de coeficiente de atividade necessárias em alta força iônica. Para ácidos/bases fortes, a porcentagem de ionização é convencionalmente tratada como ~100% e esse maquinário x pequeno/quadrático não se aplica. Para trabalhos de laboratório ou de casa que exigem concordância exata com o arredondamento de um livro didático, sempre verifique novamente o valor específico de Ka/Kb que sua fonte usa, uma vez que as constantes de dissociação publicadas variam ligeiramente entre as referências.