Para estudar equilíbrio químico de íons Co2+ em solução, uma turma de estudantes realizou uma série de experimentos explorando a seguinte reação:
\[[\text{Co}(\text{H}_2\text{O})_6]^{2+}(\text{aq}) + 4\text{Cl}^-(\text{aq}) \rightleftharpoons [\text{CoCl}_4]^{2-}(\text{aq}) + 6\text{H}_2\text{O(l)}\]
Vermelho Azul
Nesse equilíbrio, o composto de cobalto com água, \([\text{Co}(\text{H}_2\text{O})_6]^{2+}(\text{aq})\), apresenta coloração vermelha, enquanto o composto com cloretos, \([\text{CoCl}_4]^{2-}(\text{aq})\), possui coloração azul.
Para verificar o efeito de ânions de diferentes sais nessa mudança de cor, 7 ensaios diferentes foram realizados. Aos tubos contendo apenas alguns mL de uma solução de nitrato de cobalto II, de coloração vermelha, foram adicionadas pequenas quantidades de diferentes sais em cada tubo, como apresentado na tabela, com exceção do ensaio 1, no qual nenhum sal foi adicionado.
Após agitação, os tubos foram deixados em repouso por um tempo, e a cor final foi observada.
| Ensaio | Sal adicionado | Cor inicial | Cor final |
|---|---|---|---|
| 1 | Nenhum | Vermelha | Vermelha |
| 2 | KCl | Vermelha | Azul |
| 3 | Na2SO4 | Vermelha | Vermelha |
| 4 | CuCl | Vermelha | Vermelha |
| 5 | K2SO4 | Vermelha | ? |
| 6 | AgCl | Vermelha | ? |
| 7 | NaCl | Vermelha | ? |
A alternativa que representa a cor final observada nos ensaios 5, 6 e 7, respectivamente, é:
| Cor final obtida no: | |||
|---|---|---|---|
| Ensaio 5 Adição de K2SO4 | Ensaio 6 Adição de AgCl | Ensaio 7 Adição de NaCl | |
| (A) | Azul | Azul | Vermelha |
| (B) | Azul | Vermelha | Azul |
| (C) | Vermelha | Azul | Azul |
| (D) | Vermelha | Vermelha | Azul |
| (E) | Vermelha | Azul | Vermelha |
Note e adote:
Solubilidade dos sais em g/100 mL de água a 20 °C
| AgCl | 1,9×10-4 | NaCl | 35,9 |
| CuCl | 9,9×10-3 | Na2SO4 | 13,9 |
| KCl | 34,2 | K2SO4 | 11,1 |
Azul, Azul e Vermelha, respectivamente.
Azul, Vermelha e Azul, respectivamente.
Vermelha, Azul e Azul, respectivamente.
Vermelha, Vermelha e Azul, respectivamente.
Vermelha, Azul e Vermelha, respectivamente.
Resolução
A cor da solução depende de qual composto de cobalto predomina: o composto com água é vermelho, e o composto com cloretos é azul. Pelo princípio de Le Chatelier, quando aumentamos a concentração de um reagente, o equilíbrio se desloca no sentido de consumi-lo. Assim, adicionar íons Cl⁻ em quantidade suficiente favorece a formação do composto azul.
É importante distinguir a presença de cloreto na fórmula do sal da disponibilidade desse íon na solução: para fornecer Cl⁻, o sal precisa se dissolver. Um sal muito pouco solúvel pode não liberar cloreto suficiente para produzir a mudança de cor.
No ensaio 5, o K₂SO₄ se dissolve, mas fornece íons potássio e sulfato, não íons cloreto. Portanto, não favorece a formação do composto azul, e a solução permanece vermelha. Isso é coerente com o ensaio 3, em que outro sulfato, o Na₂SO₄, também manteve a cor vermelha.
No ensaio 6, o AgCl contém cloreto, mas sua solubilidade é muito baixa: apenas 1,9 × 10⁻⁴ g em 100 mL de água. Por isso, libera uma quantidade muito pequena de Cl⁻, insuficiente para tornar a solução azul. A cor permanece vermelha, assim como ocorreu com o CuCl, outro cloreto pouco solúvel.
No ensaio 7, o NaCl apresenta alta solubilidade, de 35,9 g em 100 mL de água, e fornece íons Cl⁻ à solução. O equilíbrio se desloca para a formação do composto azul, como ocorreu com o KCl no ensaio 2. Assim, a sequência é vermelha, vermelha e azul, correspondente à alternativa D.