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Questão 21 da FUVEST 2024

1ª fase · Química: pH, pOH e indicadores

Um estudante (FV), intrigado com a escala de pH entre 0 e 14, perguntou a um sistema de inteligência artificial (IA) sobre a possibilidade de existirem valores negativos de pH, conforme descrito na figura:

Interface de aplicativo de inteligência artificial simulando uma conversa. FV pergunta: "Existe pH negativo?". IA responde: "Sim, é possível existir pH negativo em soluções altamente básicas, onde a concentração de íons hidrogênio é extremamente baixa e a concentração de íons hidroxila é muito alta. Nesses casos, o pH é calculado como logaritmo negativo da concentração de íons hidrogênio em relação ao ponto neutro de pH 7."

A resposta fornecida pelo sistema de inteligência artificial está

  1. A
    errada, pois pH negativo refere-se à concentração de \ce{H+} maior que 1\ \text{mol/L}, resultando em um valor de pH menor que zero.
  2. B
    correta, pois pH negativo refere-se à concentração de \ce{OH-} maior que 1\ \text{mol/L}, resultando em um valor de pH menor que zero.
  3. C
    correta, assim como é possível existir pH maior que 14 em soluções com concentração de \ce{H+} maior que 14\ \text{mol/L}.
  4. D
    errada, pois a escala de pH é fixa entre 0 e 14, independentemente da concentração de \ce{H+}.
  5. E
    correta, pois o pH tende a diminuir e tornar-se negativo em soluções com concentração de íons \ce{H+} extremamente baixa.
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Resolução comentada

O pH é definido por \text{pH} = -\log[\ce{H+}]. A escala de 0 a 14 é só uma conveniência para soluções aquosas diluídas, não um limite matemático.

Veja o que acontece com valores de [\ce{H+}]:

  1. Se [\ce{H+}] = 1\ \text{mol/L}, então \text{pH} = -\log 1 = 0.
  2. Se [\ce{H+}] = 10\ \text{mol/L}, então \text{pH} = -\log 10 = -1.
  3. Logo, [\ce{H+}] > 1\ \text{mol/L} dá \text{pH} < 0, isto é, pH negativo.

Portanto, pH negativo ocorre em soluções muito ácidas (alta concentração de \ce{H+}), e não em soluções básicas. Em soluções básicas, [\ce{H+}] é baixa e o pH é alto (acima de 7, podendo passar de 14 se [\ce{OH-}] > 1\ \text{mol/L}).

A IA disse que o pH negativo ocorre em soluções altamente básicas, com [\ce{H+}] extremamente baixa. Isso está errado: [\ce{H+}] baixa faz o pH crescer, pois o logaritmo negativo de um número muito pequeno é grande e positivo. A justificativa sobre o "ponto neutro de pH 7" também não faz parte da definição.

A resposta da IA está errada, e a explicação correta é a da alternativa A.

Alternativa A.

Por que as outras alternativas estão erradas

  • BDiz que a IA está correta e associa pH negativo a [\ce{OH-}] > 1\ \text{mol/L}, mas isso levaria a pH acima de 14, não negativo.
  • CJulga a IA correta e diz que pH maior que 14 exige [\ce{H+}] > 14\ \text{mol/L}, o que na verdade daria pH negativo.
  • DAfirma que a escala é fixa entre 0 e 14, mas ela é só uma faixa usual; o pH pode ser negativo ou maior que 14.
  • EDiz que [\ce{H+}] extremamente baixa leva a pH negativo, quando leva a pH alto.

Assunto: pH, pOH e indicadores.

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