Balanço de cargas e balanço de massa

Henrique
By Henrique maio 11, 2013 21:05

O balanço de cargas é uma afirmação algébrica de eletroneutralidade: a soma de todas as cargas positivas em solução é exatamente igual à soma das cargas negativas em solução.

Suponhamos que uma solução contenha as seguintes espécies: \ce{H+}, \ce{OH-}, \ce{K+}, \ce{H2PO4^{-}}, \ce{HPO4^{2-}} e \ce{PO4^{3-}}. O balanço de cargas pode ser representado da seguinte forma:

(1)   \begin{equation*} \ch{[H^{+}] + [K^{+}]} = \ch{[HO^{-}] + [H2PO4^{-}] + 2 [HPO4^{2-}] + 3 [PO4^{3-}]} \end{equation*}

Esta afirmação alega que a carga total contribuída pelo \ce{H+} e \ce{K+} é igual à magnitude da carga contribuída por todos os ânions do lado direito da equação. O coeficiente na frente de cada espécie é sempre igual à magnitude da carga do íon. Esta afirmação é verdadeira porque, digamos, um mol de \ce{PO4^{3-}} contribuí com 3 moles de carga negativa. Se \ce{[PO4^{3-}]} = 0.01 M, então, a carga negativa será \ce{3[PO4^{3-}]} = 3(0.01) = 0.03 M.

Sim, a equação (1) pode parecer não balanceada para muitas pessoas. “O lado direito da equação tem muito mais cargas que o lado esquerdo!”, você imagina; entretanto, isso não é verdade.

Vamos analisar uma solução preparada com 0.025 mol de \ce{KH2PO4} e 0.030 mol de \ce{KOH} diluídos a 1.00 L. A concentração das espécies no equilíbrio deve ser:

\ce{[H+}] = 5.1 \times 10^{-12} M \ce{[K+}] = 0.055 M

\ce{[HO-}] = 0.002 M \ce{[H2PO4^{-}]} = 1.3 \times 10^{-6} M

\ce{[HPO4^{2-}]} = 0.022 M \ce{[PO4^{3-}]} = 0.003 M

Estes valores estão balanceados? De fato, estão. Para verificar, basta adicionar os valores à equação (1):

    \begin{align*} \ch{[H^{+}] + [K^{+}]} &= \ch{[HO^{-}] + [H2PO4^{-}] + 2 [HPO4^{2-}] + 3 [PO4^{3-}]} \\ 5.1 \times 10^{-12} + 0.055 &= 0.002 + 1.3 \times 10^{-6} + 2(0.022) + 3(0.003) \\ 0.055 M &= 0.055 M \end{align*}

O total de cargas positivas é 0.055 M e o total de cargas negativas também é 0.055 M. Lembre-se: as cargas em qualquer solução devem sempre estar equilibradas, caso contrário, um béquer contendo uma solução que fosse positivamente carregada simplesmente deslizaria pela bancada até encontrar outro béquer com solução negativamente carregada. Lembre-se, também, de que, no balanço de cargas, as espécies neutras não participam, apenas cátions e ânions.

Balanço de massas

O balanço de massa, também chamado de balanço material, é uma consequência da Lei da Conservação das Matéria. O balanço de massas afirma que a quantidade de todas as espécies numa solução contendo um átomo em particular (ou grupo de átomos) precisa ser igual ao total daquele átomo (ou grupo) adicionado à solução.

Fica mais fácil entender esta afirmação se analisarmos um exemplo:

Suponhamos que uma solução é preparada ao se dissolver 0.050 mol de ácido acético em água até formar um volume de 1,00 L. O ácido acético, parcialmente, se dissocia e acetato:

\ch{!(ácido~acético)( CH3COOH )} \ce{<=>} \ch{!(acetato)( CH3COO- ) + H+}

O balanço de massa garante que a quantidade de ácido acético dissociado e não dissociado precisa ser igual à quantidade de ácido acético adicionada na solução, nem mais nem menos.

0.050 M = \ch{!( ext{produto~não~dissociado})( CH3COOH ) + !(produto~dissociado)( CH3COO- )}

Quando um composto dissocia em várias etapas, o balanço de massa deve incluir todas as espécies geradas pela dissociação. O ácido fosfórico (\ch{H3PO4}), por exemplo, se dissocia em \ch{H2PO4-}, \ch{HPO4^{2-}} e \ch{PO4^{3-}}. Por exemplo, o balanço de massa para uma solução 0.0025 M de \ch{H3PO4} em 1.00 L fica:

0.025 M = \ch{[H3PO4] + [H2PO4^{-}] + [HPO4^{2-}] + [PO4^{3-}]}

Henrique
By Henrique maio 11, 2013 21:05
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  1. Marcos de Oliveira Melo abril 22, 23:36

    Muito bom! Parabéns pela iniciativa.

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