• Relacionar a ionização das moléculas dos ácidos com a ionização das moléculas da água;
• Conceituar o produto iônico da água (Kw);
• Relacionar o valor do produto iônico da água com a temperatura.

Uma aula de 50 minutos.

• Propriedades dos Ácidos;
• Equilíbrio Químico;
• Constante de ionização;
• Relações de proporcionalidade.

Conteúdos específicos:

• Equilíbrio iônico da água;
• Produto iônico da água;
• Relação entre o produto iônico da água e a temperatura.

Recurso educacional:

• Constante de Equilíbrio:

  

Constante de equilíbrio

Introduzindo a aula: (5 min.)
Inicie a aula explicando aos alunos que as moléculas dos ácidos e das bases em contato com a água sofrem ionização. Após essa explicação, pergunte aos alunos se é possível a água sofrer ionização?

Desenvolvendo a aula: (25 min.)
Em seguida, divida a turma em grupos de três ou quatro alunos. Solicite que cada grupo inicie a simulação: Constante de Equilíbrio presente no Portal do Professor: http://portaldoprofessor.mec.gov.br/storage/recursos/10175/constante_equilibrio.swf.

Explique aos alunos que eles deverão clicar nas setas para prosseguir nas explicações. Após o término da simulação, explique aos alunos que a simulação mostra como ocorre a ionização de um ácido forte e de um ácido fraco, pergunte aos alunos se eles conseguem escrever a equação do equilíbrio iônico da água? Após ouvir as respostas dos alunos e de deixar que alguns alunos escrevam a equação do equilíbrio iônico da água, explique aos alunos que de uma forma geral podemos representar simbolicamente a equação de ionização de um ácido da seguinte maneira:

Em seguida explique aos alunos que medidas experimentais de condutividade elétrica e outras evidências mostram que a água, quando pura ou quando usada como solvente, se ioniza numa extensão muito pequena, originando o equilíbrio:

ou simplificadamente:

Após as explicações, pergunte aos alunos se as concentrações dos íons H⁺ e OH^- são iguais? Após ouvir as indagações dos alunos, explique que as concentrações de íons H⁺ e OH^- presentes no equilíbrio variam com a temperatura mas serão sempre iguais entre si:

Água pura     [H⁺] = [OH^-]

A 25 ºC, as concentrações em mol/L de H⁺ e OH^- na água pura são iguais entre si e apresentam um valor igual a 10^-7 mol/L.

Água pura a 25 ºC     [H⁺] = [OH^-] = 10^-7 mol/L

Em seguida, pergunte aos alunos o que é o produto iônico da água. Após ouvir as respostas dos alunos, explique se considerarmos o equilíbrio da água:

sua constante de ionização corresponde ao K_w e é expressa por:

K_w = [H⁺] . [OH^-] a 25 ºC                                                        Kw = (10^-7) . (10^-7)    ⇔     Kw = 10^-14

Peça para que cada grupo pesquise na internet sobre a acidez da água. O objetivo é que os alunos descubram que a água não é acida e nem básica e sim neutra. Em seguida explique aos alunos, que na água as concentrações de H⁺ e OH^- são sempre iguais, independente da temperatura; por esse motivo,a água é neutra. Quaisquer soluções aquosas em que [H⁺] = [OH^-] também serão neutras.

Obs.: professor, lembre-se que estamos falando da substância água e não do material água.

Agora que os alunos já aprenderam o que é o produto iônico da água, disponibilize a tabela abaixo para cada grupo.

Temperatura (ºC)	Kw x 1014
0	0,12
5	0,19
10	0,29
15	0,45
20	0,68
25	1,01
30	1,47
35	2,09
40	2,92
45	4,02
50	5,48

Tabela do Produto Iônico da Água em várias temperaturas

 

Peça para que os alunos analise os valores do produto iônico da água e da temperatura e criem uma relação entre essas duas grandezas. Solicite que um dos grupos diga qual a relação existente. Em seguida, explique que o aumento da temperatura provoca um aumento na ionização das moléculas da água e por consequência aumenta o seu produto iônico.

 

Sistematizando a aula: (20 min.)
Leia as questões com os alunos e disponibilize o restante da aula para os alunos responderem as questões abaixo:

1. De acordo com a simulação, qual a diferença entre a constante de ionização (K_a) e a constante de equilíbrio (K_eq)?
2. Escreva a equação que representa o equilíbrio químico da água.
3. O que é produto iônico da água?
4. Qual relação existe entre o produto iônico da água e a temperatura?

 

Atividade Complementar:
Como complemento a essa aula, o professor poderá trabalhar com o conteúdo sobre pH e indicadores utilizando o experimento abaixo:

pH e indicadores caseiros

Indicadores

Preparando o indicador:
Corte aproximadamente 500 mililitros de repolho roxo em cubos de cerca de 2cm e coloque num liqüidificador ou processador. Acrescente aproximadamente 250 mililitros de água e deixe bater até que o repolho fique cortado uniformemente em pedaços minúsculos. Passe a mistura por uma peneira fina. Esse será nosso extrato de repolho roxo para explorar ácidos e bases.

Primeiro teste
Examine o rótulo de uma garrafa de vinagre branco. O rótulo provavelmente dirá que "contém ácido acético". Isso indica que aquele vinagre é um ácido e tem propriedades de um ácido. Vejamos como este ácido se comporta ao receber nosso extrato de repolho roxo.

Coloque 125 mililitros de vinagre em um vidro incolor (copo transparente). Acrescente 5 mililitros (1 colher de chá) de extrato de repolho roxo; mexa bem a mistura e note sua cor. A cor da mistura é:

 

[Coloque sua resposta na caixa acima]

A cor do extrato de repolho com vinagre é a cor que o extrato sempre terá quando misturado com um ácido. Guarde a mistura deste vidro para servir de referência para as próximas experiências.

Segundo teste
Agora vamos examinar o efeito sobre a cor do nosso extrato, sobre a amônia da água de lavadeira.

Coloque 125 mililitros da água amoniacal de lavar roupa em um vidro incolor. Acrescente 5 mililitros do extrato de repolho roxo e mexa bem a mistura. A cor desta nova mistura é:

 

[Coloque sua resposta na caixa acima]

A amônia contida na água de lavar roupa é uma base (substância alcalina). A cor desta mistura é a cor que nosso extrato sempre terá quando misturado com uma base. Guarde este novo frasco para usar sua cor como referência nas próximas experiências.

O extrato de repolho roxo, por indicar se uma substância tem as propriedades de um ácido ou de uma base, pode ser chamado de indicador de ácido/base.

Terceiro teste
Para testar as propriedades de um sólido escolhemos o bicarbonato de sódio.

Coloque 5 cm3 de bicarbonato de sódio (pó branco usado para acidez estomacal) em um vidro incolor e acrescente 125 mililitros de água. Agite a mistura até que o bicarbonato dissolva totalmente. A seguir, acrescente 5 mililitros de extrato de repolho roxo nesta solução. A cor desta mistura é:

 

[Coloque sua resposta na caixa acima]

 

pH

O extrato de repolho roxo mostrará cores diferentes para valores de pH diferentes. Essas cores e os correspondentes valores (aproximados) de pH são:

 

pH aproximado	2	4	6	8	10	12
cor do extrato	vermelho	púrpura	violeta	azul	azul/verde	verde

 

Com base nesta tabela, qual o pH (aproximado) do nosso vinagre?

Qual o pH (aproximado) de nossa água de lavadeira?

 Qual o pH (aproximado) de nossa solução de bicarbonato de sódio?

 Use das instruções utilizadas para o caso do vinagre e da amônia para testar o pH de vários outros líquidos incolores como dos refrigerantes (bebida suave de lima-limão) e suco de limão.

Anote suas observações.

Outros testes
Pode-se testar líquidos que são brancos (como é o caso do leite) da mesma maneira. Você também pode testar sólidos que se dissolvam na água, seguindo as instruções para o caso do bicarbonato de sódio. Isto também funciona para líquidos viscosos como é o caso de detergentes líquidos.

Teste outras substâncias de fácil obtenção como: açúcar, sal de cozinha, shampoo, leite de magnésia, tabletes antiácidos e aspirina. Em cada caso, anote numa tabela como a sugerida abaixo:

Material
Cor do extrato
pH

 

 

PRECAUÇÃO: Alguns produtos domésticos podem causar irritação da pele. Não permita que eles entrem em contato com sua pele; caso isso acontece lave abundantemente com água corrente.
 

A avaliação poderá ser feita através da correção das respostas dos alunos às questões propostas na parte de sistematização da aula.