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QUÍMICA GERAL Substâncias e Funções Inorgânicas Ácidos e Bases.

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2 QUÍMICA GERAL Substâncias e Funções Inorgânicas Ácidos e Bases

3 Índice

4 Ficha Técnica 3 Por que precisamos conhecer este assunto? O que precisamos conhecer previamente? Este capítulo desenvolve a introdução sobre ácidos e bases dada no capítulo anterior que tratou do estudo das soluções eletrolíticas. Também são ilustrados os princípios da termodinâmica e do equilíbrio químico. Em menor extensão, são usados os conceitos de ligação de hidrogênio, de polaridade de ligações e de força de ligações. Ácidos e bases são os dois tipos mais comuns de substâncias no laboratório e no mundo cotidiano. Precisamos saber como reconhecê-las, quais são as suas reações características e por que elas são substâncias químicas tão importantes. Veremos que a conservação das concentrações dos ácidos e das bases dentro de certos limites em células de plantas e de animais é necessária para a sobrevivências dos organismos vivos, e que o controle da acidez das águas da chuva, das águas naturais dos lagos e rios, e da água corrente fornecida nas cidades é necessário para manter a sociedade humana.

5 Veja as próximas cenas deste capítulo... Todos os alimentos de sabor azedo apresentam algo em comum: um certo íon, que é o responsável por esse sabor. Que íon será esse? Você sabia ? Que existe uma relação entre o índice de desenvolvimento de um país com a produção de ácido sulfúrico e soda cáustica ? Você sabe o que é a chuva ácida ? Introdução 4

6 5 Substâncias OrgânicasInorgânicas metano, CH 4 metanol, CH 3 OH etano, C 2 H 6 etanol, CH 3 CH 2 OH benzeno, C 6 H 6 ácido acético, CH 3 COOH acetona, CH 3 COCH 3 éter comum, CH 3 CH 2 OCH 2 CH 3 clorometano, CH 3 Cl diclorometano, CH 2 Cl 2 clorofórmio, CHCl 3 metilamina, CH 3 NH 2 óleos, gorduras, proteínas, açucares e vitaminas água ácido clorídrico, HCl ácido bromídrico, HBr hidróxido de magnésio, Mg(OH) 2 hidróxido de potássio, KOH Sulfato de bário, BaSO 4 dióxido de carbono, CO 2 monóxido de carbono, CO ácido carbônico, H 2 CO 3 carbonato de sódio, Na 2 CO 3 carbonato de cálcio, CaCO 3 ácido cianídrico, HCN cianeto de sódio, NaCN cianeto de potássio, KCN grafite, C (graf.) diamante, C (diam.) Contêm CARBONO Não contêm CARBONO Podem ser Exemplos que necessariamente exemplos São denominadas substâncias inorgânicas aquelas que não contém carbono em sua composição, com exceção do dióxido e monóxido de carbono (CO 2 e CO), da grafite, do diamante, do ácido carbônico (H 2 CO 3 ), do ácido cianídrico (HCN), dos sais carbonatos e dos sais cianetos. Substâncias orgânicas x inorgânicas

7 Observe: 6 Fatos Experimentais

8 Observe: 7 A maioria dos indicadores usados em laboratório são artificiais; porém, alguns são encontrados na natureza, como o tornassol, que é extraído de certos liquens. No nosso dia-a-dia, encontramos esses indicadores presentes em várias espécies: no repolho roxo, na beterraba, nas pétalas de rosas vermelhas, no chá-mate, nas amoras etc., sendo sua extração bastante fácil. Indicadores são substâncias que revelam a presença de íons H + e de íons OH - numa solução, porque mudam de cor na presença de H + e de OH -. Dá para saber se existem íons H + ou íons OH - pela cor do indicador. Indicadores Ácido-Base

9 Indicadores de Laboratório: 8 O tornossol é extraído de certos liquens. Liquens são formas de vida formadas pela associação entre algas e fungos. Indicadores Ácido-Base

10 9 ÁcidosBases Sabor azedo Sabor adstringente Torna rósea Tornassol Torna azul Tornassol Reage com metais liberando H 2 Reage com ácido formando sal e água Conceitução de ácidos e bases Definição operacional ácidos e bases

11 HCl gás 10 Conceitução de ácidos e bases Ácidos, bases e a condutividade elétrica Já que as soluções de NaOH e HCl conduzem corrente elétrica, concluímos que nelas devem existir cargas elétricas livres para se movimentar. Que cargas são essas? NaOH é um composto iônico HCl é um composto molecular No NaOH sólido há íons, mas não estão livres para se movimentar No HCl gasoso não há cargas livres para conduzir a corrente elétrica NaOH

12 Conceitução de ácidos e bases Bases sofrem dissociação iônica 11

13 Conceitução de ácidos e bases Ácidos sofrem ionização 12

14 13 Experiência Considere a figura ao lado: Determine a cor que a solução de repolho roxo apresentará na presença de: a)suco de laranja; b)soda cáustica; c)soda limonada; d)leite de magnésia; e)vinagre; f) Ajax. RESPOSTA

15 14 Segundo Arrhenius... HCl(g) H + (aq) + Cl - (aq) H 2 SO 4 (l) 2 H + (aq) + SO 4 -2 (aq) H 3 PO 4 (l) 3 H + (aq) + PO 4 -3 (aq) Observe:... ácido é todo composto que, dissolvido em água, origina H + (H 3 O + ) como único cátion (o ânion varia de ácido p/ ácido).... ácido é todo composto que, dissolvido em água, origina H+ H+ (H 3 O + ) como único cátion (o ânion varia de ácido p/ ácido). Moléculas de cloreto de hidrogênio gasoso, ao se dissolverem em água, originam íons H+ e Cl - em solução aquosa H2OH2O H2OH2O H2OH2O Conceituação de ácidos e bases Conceito ácido-base de Arrhenius

16 15 Atualmente, sabemos que o íon H + não é estável. Ele se une a uma molécula de água, originando o H 3 O + (hidroxônio ou hidrônio). H átomo de hidrogênio (1 próton; 1 elétron) perde o elétron... H+H+ cátion hidrogênio (1 próton) une-se à água... H3O+H3O+ cátion hidroxônio, ou hidrônio. O H H H+H+ H + O H H Nenhum elétron Conceitução de ácidos e bases Conceito ácido-base de Arrhenius

17 16 HIDRÁCIDOS (ácidos sem oxigênio) ÁCIDO (Radical do E) + ÍDRICO HCl : ácido clorídrico HBr : ácido bromídricoH 2 S : ácido sulfídrico HF : ácido fluorídricoHCN : ácido cianídrico HI : ácido iodídrico Ácido não-oxigenado (H x E): Ácidos Fórmulas e nomenclaturas Para ácidos do enxofre usamos o radical em latim sulfur.

18 17 Ácido Per..... ico Ácido..... ico Ácido..... oso Ácido Hipo..... oso OXIÁCIDOS (ácidos com oxigênio) Ácidos Fórmulas e nomenclaturas H Br O ác. perbrômico +7 H Br O ác. brômico+5 H Br O ác. bromoso +3 H Br O +1-2 ác. hipobromoso ÁCIDO (radical de E) + ICO (+ oxigênio) OSO (- oxigênio) ÁCIDO (radical de E) + ICO (+ oxigênio) OSO (- oxigênio)

19 18 Ácidos Fórmulas estruturais - Oxiácidos 1.Escrever o símbolo do elemento que esta no centro a fórmula molecular. 2.Colocar um O entre cada H capaz de se ionizar (hidrogênio ionizável) e o elemento central. 3.Ligar os O restantes, se houver, ao elemento central Obs.: Havendo hidrogênios não-ionizáveis, eles devem ser ligados ao elemento central. Isso ocorre no H 3 PO 3 e no H 3 PO 2 1.Escrever o símbolo do elemento que esta no centro a fórmula molecular. 2.Colocar um O entre cada H capaz de se ionizar (hidrogênio ionizável) e o elemento central. 3.Ligar os O restantes, se houver, ao elemento central Obs.: Havendo hidrogênios não-ionizáveis, eles devem ser ligados ao elemento central. Isso ocorre no H 3 PO 3 e no H 3 PO 2 H 2 CO 3 Ácido carbônico C O O OH H H 2 SO 4 Ácido sulfúrico S O O OH H H 3 PO 4 Ácido fosfórico O P O O OH H O H Essas ligações são consideradas por alguns autores, como dativas.

20 19 Ácidos Ionização de ácidos Os átomos de hidrogênio que aparecem na fórmula de um ácido e podem ser liberados como H + (H 3 O + ) são chamados de hidrogênios ionizáveis. Como regra geral, todos os H presentes na fórmula de um ácido são ionizáveis. H 3 PO 4 Ácido fosfórico P O O OH H O H H 3 PO 3 Ácido fosforoso (2H + ) P O O OH H H H 3 PO 2 Ácido hipofosforoso (1H + ) P O OH H H

21 20 Ácidos Ionização parcial (em etapas) Quando um ácido possui mais de um H ionizável, ocorre a ionização por etapas. Usando equações simplificadas: H 2 SO 4 (aq) = 2 H + (aq) + SO 4 -2 (aq) H 2 SO 4 (aq) = H + (aq) + HSO 4 - (aq) 1ª etapa HSO 4 - (aq) = H + (aq) + SO 4 -2 (aq) 2ª etapa equação global H 3 PO 4 (aq) = 3 H + (aq) + PO 4 -3 (aq) H 3 PO 4 (aq) = H + (aq) + H 2 PO 4 - (aq) 1ª etapa H 2 PO 4 - (aq) = H + (aq) + HPO 4 -2 (aq) 2ª etapa HPO 4 -2 (aq) = H + (aq) + PO 4 -3 (aq) 3ª etapa equação global

22 21 Ácidos Ionização (classificação) Os ácidos podem ser classificados quanto ao número de Hidrogênios Ionizáveis: Monoácidos (HCl, HI, H 3 PO 2 ) Diácidos (H 2 SO 4, H 2 S, H 3 PO 3 ) Triácidos (H 3 PO 4, H 3 BO 3, H 3 BO 2 ) Tetrácidos (H 4 P 2 O 7 )

23 22 Ácidos Grau de ionização Grau de ionização de um ácido ( α ) é a relação entre o número de moléculas ionizadas e o número total de moléculas dissolvidas.

24 23 Ácidos Grau de ionização Os hidrácidos mais conhecidos são assim classificados: A força dos oxiácidos pode ser determinada pela diferença (x) entre o número de átomos de oxigênio e o número de átomos de hidrogênio ionizáveis. 0, fraco Ex.: HClO, H 4 SiO 4 1, moderado Ex.: H 3 PO 4, HNO 2 2, forte Ex.: H 2 SO 4, HBrO 4 y-xy-x H x EO y

25 24 Ácidos Grau de ionização Ácido carbônico (H 2 CO 3 ) Ácido acético (H 3 CCOOH)... por ser um ácido instável, decompõe-se mais facilmente do que se ioniza, apresentando um pequeno grau de ionização. Assim, é considerado um ácido fraco, não seguindo a regra apresentada.... pode ser obtido a partir do álcool comum, o que acontece quando o vinho azeda. Esse ácido é o principal componente do vinagre e será estudado com detalhes em Química Orgânica.

26 1. Associe corretamente as duas colunas: RESPOSTA 25 Vamos Praticar (1) H 2 SO 4 (2) HI (3) HNO 2 (4) HClO 4 (5) H 2 S (A) hidrácido, monoácido, forte (B) hidrácido, diácido, fraco (C) oxiácido, monoácido, forte (D) oxiácido, diácido, forte (E) oxiácido, monoácido, semiforte

27 2. O esquema a seguir mostra a aparelhagem que pode ser utilizada para testar a força dos ácidos: Em qual das soluções, todas com mesma concentração e temperatura, a lâmpada apresenta maior brilho? 2. O esquema a seguir mostra a aparelhagem que pode ser utilizada para testar a força dos ácidos: Em qual das soluções, todas com mesma concentração e temperatura, a lâmpada apresenta maior brilho? RESPOSTA 26 Vamos Praticar a) HF b) H 2 S c) H 3 PO 4 d) H 4 SiO 4 e) HNO 3

28 3. Com base na tabela de graus de ionização apresentada a seguir, indique a ordem crescente da força dos ácidos. RESPOSTA 27 Vamos Praticar HCN < HF < H 3 PO 4 < H 2 SO 4 < HCl

29 28 Principais ácidos e suas aplicações Gravações em vidro de carro Nas condições ambientes, é um gás incolor que tem a característica de corroer o vidro, quando em solução aquosa. É usado para fazer gravações em cristais e vidros. O ácido clorídrico consiste no gás cloreto de hidrogênio dissolvido em água. Quando impuro, é vendido no comércio com o nome de ácido muriático, sendo usado principalmente na limpeza de pisos e de superfícies metálicas antes do processo de soldagem.

30 29 Principais ácidos e suas aplicações É o nome com que se indica uma solução aquosa do gás cianídrico, que é incolor, com cheiro característico de amêndoas amargas. Por ser muito venenoso, esse gás é utilizado nas execuções em câmara de gás. É um gás venenoso, incolor, formado na putrefação de substâncias orgânicas naturais que contenham enxofre, sendo responsável em grande parte pelo cheiro de ovo podre. Ao pressentirem o perigo, certos animais, como o gambá e a maritaca, liberam uma mistura de substâncias de odor desagradável, entre as quais o H 2 S. As folhas de mandioca, apesar de venenosas, podem ser utilizadas como alimento para o gado. Quando deixadas ao sol, liberam o gás cianídrico, tornando- se, assim, apropriadas para o consumo.

31 30 Principais ácidos e suas aplicações O gás carbônico presente no ar atmosférico combina-se com a água da chuva, formando o H 2 CO 3, mesmo em ambientes não poluídos, o que nos leva a concluir que toda chuva é ácida. O gás carbônico é um dos constituintes dos refrigerantes e das águas minerais gaseificadas. É usado na indústria de vidro, na tinturaria, nas indústrias de alimentos e na fabricação de fosfatos usados como adubos (fertilizantes). O ácido fosfórico é utilizado na produção refrigerantes à base de cola (Coca, Pepsi, etc).

32 31 Principais ácidos e suas aplicações É um líquido incolor, de cheiro característico, e o principal componente do vinagre, que é uma solução aquosa que contém de 3 a 7% desse ácido. É o ácido mais importante economicamente. O maior consumo de ácido sulfúrico se dá na fabricação de fertilizantes, como os superfosfatos e o sulfato de amônio. É, ainda, utilizado nas indústrias petroquímicas, de papel, de corantes etc. e nos acumuladores de chumbo (baterias de automóveis).

33 32 Principais ácidos e suas aplicações Depois do ácido sulfúrico, o ácido nítrico é o mais fabricado e consumido na indústria. À temperatura ambiente, é um líquido incolor e fumegante (volátil). Ataca com violência os tecidos animais e vegetais, produzindo manchas amareladas na pele. Seu manuseio, portanto, requer muito cuidado, pois seus vapores são muito tóxicos. Uma das mais importantes aplicações do ácido nítrico relaciona-se à fabricação de explosivos (TNT, nitroglicerina).

34 (ENEM) Leia o texto a seguir e responda às questões (1) e (2). O suco extraído do repolho roxo pode ser utilizado como indicador do caráter ácido (pH entre 0 e 7) ou básico (pH entre 7 e 14) de diferentes soluções. Misturando-se um pouco de suco de repolho e da solução, a mistura passa a apresentar diferentes cores, segundo sua natureza ácida ou básica, de acordo com a escala abaixo. (ENEM) Leia o texto a seguir e responda às questões (1) e (2). O suco extraído do repolho roxo pode ser utilizado como indicador do caráter ácido (pH entre 0 e 7) ou básico (pH entre 7 e 14) de diferentes soluções. Misturando-se um pouco de suco de repolho e da solução, a mistura passa a apresentar diferentes cores, segundo sua natureza ácida ou básica, de acordo com a escala abaixo. 33 Vamos Praticar Algumas soluções foram testadas com esse indicador, produzindo os seguintes resultados:

35 RESPOSTA 34 Vamos Praticar 1)De acordo com esses resultados, as soluções I, II, III e IV têm, respectivamente, caráter: a) ácido, básico, básico, ácido. b) ácido, básico, ácido, básico. c) básico, ácido, básico, ácido. d) ácido, ácido, básico, básico. e) básico, básico, ácido, ácido. 2) Utilizando-se o indicador citado em sucos de abacaxi e de limão, pode-se esperar como resultado as cores: a) rosa ou amarelo b) vermelho ou roxo c) verde ou vermelho d) rosa ou vermelho e) roxo ou azul

36 (UECE) O sistema a seguir mostra a ocorrência de reação química entre um ácido e um metal, com liberação do gás X. RESPOSTA 35 Vamos Praticar a)O 2 b)Cl 2 c)O 3 d)H 2

37 36 Segundo Arrhenius Base é todo composto que, dissolvido em água, origina OH - como único ânion (o cátion varia de base para base).... Base é todo composto que, dissolvido em água, origina OH - como único ânion (o cátion varia de base para base). Observe: NaOH(s) Na + (aq) + OH - (aq) Ca(OH) 2 (s) Ca 2+ (aq) + 2OH - (aq) Al(OH) 3 (s) Al 3+ (aq) + 3OH - (aq) Hidróxido de sódio sólido se dissolve em água produzindo íons Na + e OH - em solução aquosa H2OH2O H2OH2O H2OH2O Conceituação de ácidos e bases Conceito ácido-base de Arrhenius

38 37 Bases Fórmulas e nomenclaturas HIDRÓXIDO de + nome do elemento + Nox do elemento NaOH : hidróxido de sódio Ca(OH) 2 : hidróxido de cálcio Al(OH) 3 : hidróxido de alumínio Fe(OH) 2 : hidróxido de ferro (II) CuOH : hidróxido de cobre (I) NH 4 OH : hidróxido de amônio - O nox do elemento só é usado quando ele apresentar mais de um e deve ser escrito em algarismos romanos. - O NH 4 + é o cátion amônio.

39 38 Apesar de menos usada atualmente, existe a nomenclatura dos sufixos: Lembre-se da nomenclatura dos oxiácidos! Fe(OH) 2 : hidróxido ferroso.Fe(OH) 3 : hidróxido férrico. CuOH : hidróxido cuproso.Cu(OH) 2 : hidróxido cúprico. AuOH : hidróxido auroso.Au(OH) 3 : hidróxido áurico. Sn(OH) 2 : hidróxido estanoso.Sn(OH) 4 : hidróxido estânico. Bases Fórmulas e nomenclaturas Nox menor: Hidróxido (elemento) + OSO Nox maior: Hidróxido (elemento) + ICO Nox menor: Hidróxido (elemento) + OSO Nox maior: Hidróxido (elemento) + ICO As bases podem ser classificadas de acordo com o número de hidroxilas presentes em suas fórmulas. Exemplo: monobases: NaOH, KOH, NH4OH dibases: Ca(OH)2, Fe(OH)2 tribases: Al(OH)3, Fe(OH)3, etc

40 39 Bases Saiba mais ATENÇÃO Não manipule cinzas com as mãos desprotegidas nem leve à boca ou aos olhos. Elas têm caráter alcalino e efeito corrosivo sobre a pele, mucosa e olhos Colocar foto pag. 357

41 40 Bases Amônia (NH 3 ): uma base diferente Hidroxila – íon característico das bases Não confunda amônia com amônio! Amônia (molécula) Amônio (íon positivo) Ao contrário das demais bases, que sofrem dissociação iônica, ex.: NaOH, KOH, Ca(OH) 2; a amônia (composto molecular) sofre ionização quando é dissolvida em água. Nas condições ambientes é um gás de cheiro forte e irritante

42 (*) Os hidróxidos de metais que não sejam alcalinos nem alcalinos terrosos apresentam um caráter covalente bastante acentuado. 41 Bases Dissociação iônica: bases de metais e ionização da amônia A amônia Não possui metal É um composto molecular É gasosa quando pura Em água sofre ionização Outras bases Possuem metal na composição São compostos iônicos (*) São sólidos quando puras Em água sofrem dissociação iônica Como vimos, a amônia é uma base diferente das demais: ao ser dissolvida em água sofre ionização e, nesse contexto, pode ser representada pela fórmula NH 4 OH e considerada como uma monobase

43 42 Principais bases e suas aplicações Conhecido por cal extinta ou apagada, o hidróxido de cálcio é comumente usado na construção civil (preparação de argamassa). Hidróxido de sódio. Comercialmente (impuro) é conhecido por soda cáustica. Usado na fabricação de sabões, é altamente corrosivo.

44 43 Principais bases e suas aplicações Hidróxido de amônia. Obtido pela dissolução da amônia (NH 3 ) em água, o chamado amoníaco é usado em alguns produtos de limpeza. Usado como antiácido estomacal e laxante suave o hidróxido de magnésio é conhecido por leite de magnésia, quando em suspensão aquosa.

45 44 Bases Ciclo do Nitrogênio

46 (FMU/Fiam-SP) Para combater a acidez estomacal causada pelo excesso de ácido clorídrico, costuma-se ingerir um antiácido. Das substâncias abaixo, encontradas no cotidiano das pessoas, a mais indicada para combater a acidez é: RESPOSTA 45 Vamos Praticar a)refrigerante b)suco de laranja c)água com limão d)vinagre e)leite de magnésia A escala de pH, em que p significa potencial e H hidrogênio, consiste numa escala algorítmica para exprimir a acidez ou alcalinidade de uma solução.

47 (FUA-AM) Analise a alternativa correta que indica uma das substâncias ativas contidas no medicamento aziran, usado para neutralizar a hiperacidez estomacal: RESPOSTA 46 Vamos Praticar a)Hidróxido de sódio b)Ácido clorídrico c)Ácido sulfúrico d)Hidróxido de alumínio e)Ácido cítrico

48 47 Química Industrial Produção de H2SO4 O ácido sulfúrico é fabricado a partir das matérias-primas enxofre mineral, oxigênio do ar e água. S (s) + O 2(g) SO 2(g) SO 2(g) + ½ O 2(g) SO 3(g) SO 3(g) + H 2 O (l) H 2 SO 4(aq) catalisador O catalisador, indicado na 2ª. etapa, aumenta a velocidade da reação, tornando-a industrialmente viável. O catalizador usado para esta reação é platina (Pt) com pentóxido de divanádio (V 2 O 5 ) Quando puro, apresenta-se como um líquido incolor, oleoso, bastante denso (d=1,84 g/cm 3 ) e de alto ponto de ebulição (338 o C)

49 48 Química Industrial Produção de HNO3 O ácido nítrico, HNO 3, é obtido industrialmente a partir do oxigênio e do nitrogênio do ar (ou da amônia) e da água. N 2(g) + O 2(g) 2 NO (g) faísca elétrica 4NH 3(g) + 5O 2(g) 4 NO (g) + 6H 2 O (g) Pt OU A seguir o NO é convertido em NO 2, e este, por reação com água, produz o HNO 3 2NO (g) + O 2(g) 2 NO 2(g) 2NO 2(g) + HO 2(l) HNO 2(aq) + HNO 3(aq) A platina atua como catalisador na 1ª. etapa, tornando a reação suficientemente rápida para ter utilidade industrial.

50 (Mackenzie-SP) A partir da pirita, minério também chamado de ouro dos tolos, pode-se obter ácido sulfúrico pelo processo representado nas etapas abaixo: 4 FeS O 2 2 Fe 2 O SO 2 V 2 O 5 2 SO 2 + A 2 SO 3 SO 3 + B H 2 SO 4 Nesse processo, as substâncias A e B são, respectivamente: (Mackenzie-SP) A partir da pirita, minério também chamado de ouro dos tolos, pode-se obter ácido sulfúrico pelo processo representado nas etapas abaixo: 4 FeS O 2 2 Fe 2 O SO 2 V 2 O 5 2 SO 2 + A 2 SO 3 SO 3 + B H 2 SO 4 Nesse processo, as substâncias A e B são, respectivamente: RESPOSTA 49 De Olho no ENEM a)H 2 e O 2 b)SO 2 e H 2 S c)O 2 e H 2 O d)SO 2 e H 2 O e)O 3 e H 2 Resolução V 2 O 5 2SO 2 + O 2 2SO 3 SO 3 + H 2 O H 2 SO 4 A = O 2 B = H 2 O


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