Questão Q03 da 2ª fase da FUVEST 2009
Compostos de enxofre (IV) podem ser adicionados ao vinho como conservantes. A depender do pH do meio, irão predominar diferentes espécies químicas de S (IV) em solução aquosa, conforme mostra a tabela:
| pH | composto de S (IV) |
|---|---|
| < 1{,}5 | dióxido de enxofre hidratado, \ce{SO2(aq)} |
| de 1{,}5 até 6{,}5 | íon hidrogenossulfito hidratado, \ce{HSO3^-(aq)} |
| > 6{,}5 | íon sulfito hidratado, \ce{SO3^{2-}(aq)} |
a) Em água, as espécies químicas \ce{SO2(aq)} e \ce{HSO3^-(aq)} estão em equilíbrio. Escreva a equação química balanceada que representa esse equilíbrio.
b) Explique por que, em soluções aquosas com pH baixo, predomina o \ce{SO2(aq)} e não o \ce{HSO3^-(aq)}.
c) Analisou-se uma amostra de vinho a 25\ ^\circ\text{C} , encontrando-se uma concentração de íons \ce{OH^-} igual a 1{,}0 \times 10^{-10}\ \text{mol/L} . Nessas condições, qual deve ser o composto de S (IV) predominante na solução? Explique sua resposta.
Dado — Produto iônico da água, a 25\ ^\circ\text{C} : K_{\text{w}} = 1{,}0 \times 10^{-14}\ (\text{mol/L})^2.
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Resolução comentada
a) O \ce{SO2} dissolvido reage com a água e forma o íon hidrogenossulfito, liberando íon \ce{H^+} (ou \ce{H3O^+}). Como a tabela mostra que as duas espécies coexistem em equilíbrio, a reação é reversível:
Equação: \ce{SO2(aq) + H2O(l) <=> HSO3^-(aq) + H^+(aq)}.
b) Pelo princípio de Le Chatelier, a adição de \ce{H^+} (pH baixo, meio ácido) aumenta a concentração do produto do equilíbrio do item a. O sistema reage para consumir o excesso de \ce{H^+} e se desloca para a esquerda, no sentido de formação de \ce{SO2(aq)}. Por isso, quanto menor o pH, mais o equilíbrio fica deslocado para \ce{SO2}, e não \ce{HSO3^-}.
Em pH baixo há muito \ce{H^+}, que desloca o equilíbrio para a esquerda e favorece o \ce{SO2(aq)}.
c) Use o produto iônico da água para achar [\ce{H^+}]:
- K_w = [\ce{H^+}][\ce{OH^-}] = 1{,}0\times10^{-14}
- [\ce{H^+}] = \dfrac{1{,}0\times10^{-14}}{1{,}0\times10^{-10}} = 1{,}0\times10^{-4}\ \text{mol/L}
- \text{pH} = -\log(1{,}0\times10^{-4}) = 4
O pH = 4 está na faixa de 1{,}5 a 6{,}5, em que, segundo a tabela, predomina o íon hidrogenossulfito.
pH = 4; o composto predominante é o \ce{HSO3^-(aq)} (íon hidrogenossulfito).
Assuntos: equilíbrio químico, pH e produto iônico da água, deslocamento de equilíbrio.
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