Ácidos e bases - Aqui Tem Química

02/05/2015
CENTRO UNIVERSITÁRIO PADRE ANCHIETA
FACULDADE DE ENGENHARIA QUÍMICA
Ácidos e Bases –
Conceitos fundamentais
pH e pOH
PROF. VANDERLEI I PAULA
EMAIL: [email protected]
ÁCIDOS E BASES – CONCEITOS FUNDAMENTAIS
Teoria de Arrhenius (1887) :
Ácidos: são substâncias capazes de doar H+ em
meio aquoso.
Ex:
HCl  H+ + ClCH3COOH  H+ + CH3COOBases: são substâncias que neutralizam os
ácidos e liberam em meio aquoso OH-.
Ex:
NaOH  Na+ + OHMg(OH)2  Mg+2 + 2 OH
1
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ÁCIDOS E BASES – CONCEITOS FUNDAMENTAIS
Teoria de Arrhenius:
O próton (H+) seria responsável pelas propriedades
ácidas e a hidroxila (OH-) seria responsável pelas
propriedades básicas.

O produto da reação entre ácido e base é
denominado SAL.
Ex:
2 HCl + Mg(OH)2 MgCl2 + 2 H2O
O cloreto de magnésio (MgCl2) é o produto da reação
entre o ácido e a base envolvida na reação.
EQUAÇÕES DE NEUTRALIZAÇÃO:
HNO3 + KOH
KNO3 + H2O
Ácido nítrico Hidróxido de potássio Nitrato de potássio
HCl +
LiOH
Ácido clorídrico Hidróxido de lítio
HBrO3 + Al(OH)3
LiCl
Água
+
Cloreto de lítio
Água
Al(BrO3)3 + H2O
Ácido bromico Hidróxido de alumínio Bromato de alumínio
HBrO3 + Mg(OH)2
Ácido fluorídrico Hidróxido de cálcio
Água
Mg(BrO3)2 + H2O
Ácido bromico Hidróxido de magnésio Bromato de magnésio
HF + Ca(OH)2
H2O
CaF2
Fluoreto de cálcio
+
Água
H2O
Água
2
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ÁCIDOS E BASES – CONCEITOS FUNDAMENTAIS
Ácido Polipróticos:
São ácidos que apresentam mais de um próton
(H+) ionizável, tais ácidos ionizam-se por etapas.
Veja os exemplos abaixo:

Ex:
H2SO4 + H2O H3O+ + HSO4-
O segundo hidrogênio só se ioniza em soluções
diluídas.
HSO4- + H2O H3O+ + SO4-2
ÁCIDOS E BASES – CONCEITOS FUNDAMENTAIS

Ácido Polipróticos:
Ácido fosfórico
Ex:
H3PO4 + H2O H3O+ + H2PO4H2PO4- + H2O H3O+ + HPO4-2
HPO4-2 + H2O H3O+ + PO4-3
3
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CARACTERÍSTICAS DOS ÁCIDOS

Sabor azedo;

Deixa o indicador, papel de tornassol vermelho;

Reage com certos metais, tais como zinco e ferro, liberando
gás hidrogênio
5/2/2015 3:57 PM
7
NOMENCLATURA DOS ÁCIDOS
HIDRÁCIDOS: ácidos sem oxigênio
OXIÁCIDOS: ácidos contendo oxigênio
5/2/2015 3:57 PM
8
4
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EXEMPLOS DE NOMENCLATURA
EXEMPLOS DE NOMENCLATURA
5
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FORÇA DOS ÁCIDOS
FORÇA DOS ÁCIDOS
6
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SOLUBILIDADE E FORÇA DAS BASES
NOMENCLATURA DAS BASES
5/2/2015 3:57 PM
14
7
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Ácido fluorídrico — HF
Gravações em
vidro de carro.
Nas condições ambientes, é um gás incolor
que tem a característica de corroer o vidro,
quando em solução aquosa.
Por esse motivo, em laboratórios, deve ser
guardado em frascos plásticos. É usado para
fazer gravações em cristais e vidros.
Ácido clorídrico — HCl
O estômago secreta o ácido
clorídrico, num volume
aproximado de 100 mL,
para auxiliar a digestão dos
alimentos.
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.
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Ácido sulfídrico — H2S
Ao pressentirem o perigo, certos
animais, como o gambá e a maritaca,
liberam uma mistura de substâncias de
odor desagradável, entre as quais
o H2S.
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.
Ácido cianídrico — HCN
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.
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.
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Ácido carbônico — H2CO3
O gás carbônico é um dos onstituintes
dos refrigerantes e das águas minerais
gaseificadas.
O gás carbônico presente no ar atmosférico
combina-se com a água da chuva, formando o
H2CO3, mesmo em ambientes nãopoluídos e na
ausência de relâmpagos, o que nos leva a
concluir que toda chuva é ácida.
Ácido acético — H3CCOOH
Vinagre: formado basicamente
por ácido acético e água.
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.
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Ácido sulfúrico — H2SO4
Produto da carbonização do açúcar
comum pelo ácido sulfúrico.
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).
ÁCIDOS E BASES – CONCEITOS FUNDAMENTAIS

Teoria de Brönsted-Lowry (1923):
Ácidos são espécies capazes de doar H+
A  H+ + B
 Bases são espécies de receber H+
B + H+  BH+

* O conceito de Brönsted-Lowry,
dependente do solvente.
não
é
11
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ÁCIDOS E BASES – CONCEITOS FUNDAMENTAIS
Teoria de Brönsted-Lowry:
 Veja os exemplos:
HCl + H2O  H3O+ + Cl
ácido-1

base-2
ácido-2
base-1
O ácido-1 entra em equilíbrio, formando a base-1,
e a base-2
forma o ácido-2, o sistema é
conhecido como par conjugado.
* Um ácido forte dá origem a uma base fraca e uma
base fraca dá origem a um ácido forte.
ÁCIDOS E BASES – CONCEITOS FUNDAMENTAIS
Teoria de Brönsted-Lowry:
 Veja os exemplos:
HCl + H2O  H3O+ + Cl
ácido-1
base-2
ácido-2
base-1
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EQUILÍBRIO ÁCIDO-BASE EM ÁGUA:
Veja a ionização do ácido acético em água:
CH3COOH + H2O
_
CH3COO + H3O+
Para simplificar a equação acima:
CH3COOH
_
[CH3COO ] [ H+ ]
=k
[ CH3COOH ]
_
CH3COO + H+
[ PRODUTOS ]
[ REAGENTES ]
=k
EQUILÍBRIO ÁCIDO-BASE EM ÁGUA:
O símbolo K, representa constante de equilíbrio,
se for tratar de um ácido chamaremos de Ka ao
referir da constante de ionização em equilíbrio
em meio ácido. O mesmo serve para as bases
onde usaremos Kb.
_
[CH3COO ] [ H+ ]
=k
[ CH3COOH ]
[ PRODUTOS ]
[ REAGENTES ]
=k
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EQUILÍBRIO ÁCIDO-BASE EM ÁGUA:
Quanto maior o valor de Ka, mais forte é o ácido:
Veja a seguir a tabela de Ka:
_
[CH3COO ] [ H+ ]
=k
[ CH3COOH ]
[ PRODUTOS ]
[ REAGENTES ]
=k
RELAÇÃO DE “K” COM A ACIDEZ
=k
Menor Ka
[ PRODUTOS ]
[ REAGENTES ]
Maior Ka
Ácido forte
Ácido fraco
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CONSTANTE DE IONIZAÇÃO DE ÁCIDOS:
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CONSTANTE DE IONIZAÇÃO DE ÁCIDOS:
CONSTANTE DE IONIZAÇÃO PARA ÁCIDOS
POLIPRÓTICOS
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Kw, Constante de dissociação da água

A água é anfiprótica, ou seja, pode atuar como
ácido ou como base. Veja exemplo abaixo:
A constante de equilíbrio de Kw = [H3O+] [OH-]
 O valor para Kw é 10-14
 [H3O+] = [OH-] = 10-7
meio neutro
 [H3O+] > [OH-]
meio ácido
 [H3O+] < [OH-]
meio básico

A CONSTANTE DE IONIZAÇÃO DA ÁGUA,
KW

A auto-ionização da água foi demonstrada há muitos
anos por Friedrich Kohlrausch
2 H2O(l)
⇄
H3O+(aq)
+
OH-(aq)
Lei de ação das massas:
K = [H3O+] . [OH-] / [H2O]2= 1,82.10-16

5/2/2015 3:57 PM
a 25º C
34
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5/2/2015 3:57 PM
A CONSTANTE DE IONIZAÇÃO DA ÁGUA,
KW

Os resultados experimentais obtidos na determinação da condutância da água
permitiram estabelecer o valor de K.

Baixo valor indica que o grau de dissociação é insignificante;

Água pode ser considerada como não dissociada e sua concentração como
constante em 55,5 M.
K . [H2O]2 = [H3O+] . [OH-]
KW = [H3O+] . [OH-]
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RELAÇÃO ENTRE [H+] e [OH-]
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EXERCÍCIOS:

Qual o valor de [OH-] sabendo-se que [H+] é de
6,12 x 10-5 mol/L?
EXERCÍCIOS:

O ácido acético possui valor de ka = 1,75 x 10-5
se tiver 10 mol deste composto em 10 Litros de
solvente, qual será a concentração em mol/L
de [H+]?
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pH e pOH

Cálculo do pH:
pH = - log [H+]
Assim uma solução de 0,1 mol/L de [H+]
apresenta pH igual a 1. Veja:
pH = - log 0,1
pH = - (-1) = 1
pH e pOH

Cálculo do pH:
pH = - log [H+]
Assim uma solução de 0,001 mol/L de [H+]
apresenta pH igual a 3. Veja:
pH = - log 0,001
pH = - (-3) = 3
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pH e pOH
Cálculo do pOH:
pOH = - log [OH-]
Assim uma solução de 0,01 mol/L de [OH-]
apresenta pOH igual a 2. Veja:

pH = - log 0,01
pH = - (-2) = 2
pH e pOH

Cálculo de pH e pOH:
pH + pOH = 14
Assim uma solução de pH = 1 possui pOH = 13
pH = 7
pH <7
pH >7
Meio neutro
Meio ácido
Meio básico
pOH = 7
pOH > 7
pOH < 7
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FAIXA DE PH DE SUBSTÂNCIAS COMUNS
Substância
Faixa de pH
Suco gástrico (humano)
1,6 -- 3,0
Limão
2,2 -- 2,4
Vinagre
2,4 – 3,4
Tomate
4,0 – 4,4
Cerveja
4,0 – 5,0
Urina (humano)
4,8 – 8,4
Leite (vaca)
6,3 – 6,6
Saliva (humano)
6,5 – 7,5
Plasma sanguíneo (humano)
Clara de ovo
Leite de magnésia
Produto de limpeza c/amônia
7,3 – 7,5
7,6 – 8,0
10,5
Mais
Ácido
Mais
Básico
11 --12
RELAÇÃO ENTRE PH E CONCENTRAÇÃO
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EXERCÍCIOS:

O ácido acético possui valor de ka = 1,75 x 10-5
se tiver 1 mol deste composto em 10 Litros de
solvente, qual será o pH da solução?
EXERCÍCIOS:

O ácido acrílico possui valor de ka = 5,5 x 10-5
se tiver 0,1 mol deste composto em 10 Litros
de solvente, qual será o pH da solução?
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ÁCIDOS E BASES – CONCEITOS FUNDAMENTAIS
Teoria de Arrhenius (1887) :
Ácidos: são substâncias capazes de doar H+ em
meio aquoso.
Ex:
HCl  H+ + ClCH3COOH  H+ + CH3COOBases: são substâncias que neutralizam os
ácidos e liberam em meio aquoso OH-.
Ex:
NaOH  Na+ + OHMg(OH)2  Mg+2 + 2 OH
ÁCIDOS E BASES – CONCEITOS FUNDAMENTAIS

Teoria de Brönsted-Lowry (1923):
Ácidos são espécies capazes de doar H+
A  H+ + B
 Bases são espécies de receber H+
B + H+  BH+

* O conceito de Brönsted-Lowry,
dependente do solvente.
não
é
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ÁCIDOS E BASES – CONCEITOS FUNDAMENTAIS
Teoria de Brönsted-Lowry:
 Veja os exemplos:
HCl + H2O  H3O+ + Cl
ácido-1

base-2
ácido-2
base-1
O ácido-1 entra em equilíbrio, formando a base-1,
e a base-2
forma o ácido-2, o sistema é
conhecido como par conjugado.
* Um ácido forte dá origem a uma base fraca e uma
base fraca dá origem a um ácido forte.
EXEMPLOS DE ÁCIDO-BASE DE
BRÖNSTED
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EXEMPLOS DE ÁCIDO-BASE DE BRÖNSTED
REAÇÕES ÁCIDO-BASE - ANFOTERISMO
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HIDRÓXIDOS INSOLÚVEIS E
ANFOTERISMO
FORÇA DE ÁCIDO-BASE CONJUGADOS
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02/05/2015
RELAÇÃO DE “K” COM A ACIDEZ
=k
Menor Ka
[ PRODUTOS ]
[ REAGENTES ]
Maior Ka
Ácido forte
Ácido fraco
COMO MEDIR O PH DE UMA AMOSTRA?
A partir de
instrumentos :
pH-metro
A partir de
indicadores de
meio.
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INDICADORES
ÁCIDOS E BASES – CONCEITOS FUNDAMENTAIS
Teoria de Lewis (1923) :
Ácidos: são substâncias capazes de aceitar um
par de elétrons.
Bases: são substâncias que doam um par de
elétrons.
Ex:

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ÁCIDOS E BASES – CONCEITOS FUNDAMENTAIS
ÁCIDOS E BASES – CONCEITOS FUNDAMENTAIS
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ÁCIDOS E BASES – CONCEITOS FUNDAMENTAIS
ÁCIDOS DE LEWIS CATIÔNICOS:
Fe+2 + 6 H2O
Todos os cátions metálicos
interagem com moléculas de
água, formando espécies
hidratadas. Estas espécies
são formadas por ligação
covalente coordenada a partir
dos pares de elétron das
moléculas de água.
[Fe(H2O)6]+2
+2
OH2
H2O
H2O
Fe
OH2
OH2
OH2
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EXERCÍCIOS
1) Defina e ilustre os termos ácido, base e complexo para
o conceito de Lewis com uso da seguinte equação
química:
2) Rotule as espécies abaixo como ácido ou base de
Lewis:
PREPARAÇÃO DE ÁCIDOS
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COMPLEXOS DE FERRO - HEMOGLOBINA
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COMPLEXO DE MAGNÉSIO - CLOROFILA
COMPLEXOS – TROCA DE LIGANTES
+2
OH2
H2O
Cu
H2O
OH2
NaOH
Cu(OH)2
OH2
(s)
OH2
(aq)
+2
H3N
H3N
Cu
NH3
NH4OH
NH3
Cu(OH)2
(s)
(aq)
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COMPLEXOS – TROCA DE LIGANTES
+2
OH2
H2O
OH2
Co
H2O
NaOH
OH2
Co(OH)2
(s)
OH2
(aq)
NH3
H3N
H3N
Co
NH3
ESTRUTURA MOLECULAR
+2
NH3
NH4OH
NH3
Co(OH)2
(s)
(aq)
E COMPORTAMENTO ÁCIDO-BASE
Por que os cátions metálicos hidratados são ácidos de
Brönsted?
Quando uma ligação covalente coordenada é formada entre um
cátion metálico e uma molécula de água (base de Lewis) ocorre a
polarização da ligação H2O-Mn+. A polarização deve-se a carga
positiva do íon metálico e seu pequeno tamanho, assim os
elétrons do ligante são induzido ao centro metálico, favorecendo a
maior extensão da ligação O-H. O efeito aumenta com o aumento
da carga do íon, para o exemplo abaixo, o íon férrico (Fe+3) é
esperado como mais ácido
H2O
H2O
OH2
Fe
H2O
+2
OH2
OH2
+ H2O
H2O
H2O
OH
Fe
H2O
+
OH2
OH2
+ OH-
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ESTRUTURA MOLECULAR
E COMPORTAMENTO ÁCIDO-BASE
Por que o HF é um ácido mais Fraco e o HCl é um ácido
mais Forte?
pKa
HNO2
HNO3
+ 3,35
- 1,4
H
O N
O
O
ácido nítríco
H
O
O N
ácido nitroso
Quanto mais elementos eletronegativos ligado ao átomo central,
maior será a deslocalização eletrônica, assim favorecerá a extensão
da ligação O-H. A atração de elétrons de ligações adjacentes por
átomos mais eletronegativos é conhecido por EFEITO INDUTIVO.
O
F
S
H O S O H
O
ácido sulfúrico
H O
S
O H
O
ácido tiosulfúrico
ESTRUTURA MOLECULAR
H O S O H
O
ácido fluorosulfúrico
E COMPORTAMENTO ÁCIDO-BASE
Por que o HNO2 é um ácido mais Fraco e o HNO3 é um
ácido mais Forte?
H3O+ (aq) + X- (aq)
HX (aq) + H2O (l)
Força crescente do ácido
HF
pKa
Força da ligação H---X (KJ/mol)
HCl
HBr
HI
+3,14
-7
-9
-10
565
432
366
299
O HF é o ácido mais fraco, pois apresenta a ligação H—X mais
forte, enquanto o ácido mais forte HI, tem a ligação mais fraca.
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