Funções Inorgânicas 4 – ácidos
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Funções Inorgânicas 4 – ácidos Ácidos Segundo Arrhenius, são compostos que, em solução aquosa, fornecem um único tipo de cátion, o íon H+, num fenômeno físico conhecido como ionização. Exemplos: HCl(aq) Ácido clorídrico HNO3 (aq) Ácido nítrico H+(aq) H+(aq) + Cl-(aq) ânion cloreto + NO31- (aq) ânion nitrato As representações acima são simplificadas. Na verdade, o que ocorre é a ligação do H + com a água, formando o cátion H3O+ (“hidrônio” ou “hidroxônio”). Exemplos: HCl + Ácido clorídrico HNO3 Ácido nítrico H3O+(aq) H2O + H2O + H3O+(aq) Cl-(aq) ânion cloreto + NO31- (aq) ânion nitrato Note que, apesar de serem compostos moleculares, os ácidos são capazes de liberar íons em meio aquoso. Essa é uma importante particularidade dos ácidos, pois, na qualidade de substâncias moleculares (puros), eles não conduzem corrente elétrica. Mas, quando dissolvidos em água, conseguem conduzir eletricidade, pois há íons em solução aquosa, como se fossem substâncias iônicas dissolvidas. Quanto mais forte é o ácido, maior a quantidade de íons em solução e maior sua condutividade elétrica em solução aquosa. Quando um ácido é fraco, significa que um pequeno percentual de suas moléculas sofreu ionização em contato com a água, ficando a maior parte delas, intactas, apenas dissolvidas em água, sem sofrer ionização. Mesmo um ácido forte, se não estiver dissolvido em água, não será condutor de eletricidade, pois suas moléculas não estarão “quebradas” na forma de íons. Notação dos “hidrácidos” (ácidos sem oxigênio) Fórmula geral: HxE “E” é, geralmente, um elemento da coluna VIA ou VIIA. E “x” é o índice do hidrogênio, que corresponde ao Nox negativo do elemento “E”. Exemplos: HBr (ácido bromídrico), H2S (ácido sulfídrico) e HCN (ácido cianídrico) Notação dos “oxiácidos” (ácidos com oxigênio) Fórmula geral: HxEOy “E” é, geralmente, um elemento da coluna VIA ou VIIA. O “x” é o índice do hidrogênio, que corresponde à carga do ânion EOyx-. O “y” é o número de oxigênios no ânion e no ácido. Exemplos: HClO3 (ácido clórico), H2SO4 (ácido sulfúrico) e HSO3 (ácido sulfuroso) Importante (chuva ácida, a origem) A fórmula de um oxiácido é obtida pela soma de uma molécula de água com um óxido ácido (anidrido) de mesmo nome que o ácido. Exemplos CO2 + Anidrido carbônico H2O ↔ H2CO3 (reação reversível) ácido carbônico SO3 + Anidrido sulfúrico H2O → H2SO4 ácido sulfúrico N2O5 Anidrido nítrico + H2O → 2 HNO3 ácido nítrico Como os óxidos ametálicos são geralmente poluentes atmosféricos produzidos a partir da queima de combustíveis fósseis, eles reagem com a água da atmosfera e produzem ácidos dissolvidos na água da chuva (chuva ácida). O ácido carbônico contribui com a acidez natural da chuva, que é uma acidez fraca (pH entre 7 e 5,5), pois o ácido carbônico é um ácido fraco, além de se decompor facilmente em gás carbônico e água novamente. Mas os ácidos nítrico e sulfúrico são bem mais fortes e os mais presentes na chuva poluída, denominada “chuva ácida” (pH abaixo de 5,5). Importante (ácidos orgânicos) Observe que, tanto nos hidrácidos quanto nos oxiácidos, a fórmula é iniciada por um ou mais átomos de hidrogênio. Mas, nos ácidos orgânicos, isso não ocorre. O hidrogênio que ioniza é o último da fórmula. Exemplo de ácido orgânico mais comum: CH3COOH(aq) “ácido acético” ou “ácido etanóico” (presente no vinagre) → CH3COO-(aq) + ânion “acetato” ou “etanoato” H+(aq) Importante (força dos ácidos orgânicos) Todos os ácidos orgânicos são fracos, ou seja, menos de 5% de suas moléculas ionizam em meio aquoso e as demais permanecem apenas dissolvidas, porém “inteiras”; por isso, conduzem fracamente a eletricidade em solução aquosa. Obs.: Ácidos fortes ionizam mais de 50% de suas moléculas em água; e ácidos moderados ionizam entre 5 e 50%. Nomenclatura dos ácidos (hidrácidos) Os hidrácidos não são derivados da reação de óxidos com água. Por isso, não possuem oxigênio e o Nox do elemento ligado ao hidrogênio é sempre negativo. Ácido _______________________________+ ídrico (nome do elemento) Exemplos: HCl (ácido clorídrico), H2S (ácido sulfídrico), HCN (ácido cianídrico). Nomenclatura dos ácidos (oxiácidos) Ácido _______________________________ (nome do óxido ácido que gera o ácido em reação com água) Exemplos: CO2 óxido (ou anidrido) carbônico + H2O H2CO3 ácido carbônico SO3 + óxido (ou anidrido) sulfúrico H2O H2SO4 ácido sulfúrico SO2 + óxido (ou anidrido) sulfuroso H2O H2SO3 ácido sulfuroso Observação: Se o elemento central tiver dois Nox, pode-se, a partir da fórmula do ácido, calcular o Nox do elemento central e determinar se o sufixo do nome do ácido será “oso” (menor Nox) ou “ico” (maior Nox). Para isso, basta considerar cada hidrogênio com Nox = 1+, cada oxigênio com Nox = 2- e a soma de todos os Nox da fórmula como zero. Exemplo: H2SO4 2 (+1) + S + 4(-2) = 0 S = +8-2 = +6 (+6 é o maior Nox positivo do enxofre, que possui Nox +4 e +6; portanto, sufixo “ico”, ácido sulfúrico) Casos especiais de ácidos 1) Óxidos que reagem com uma, duas ou três moléculas de água Os elementos boro (5B), de Nox 3+, arsênio (33As), fósforo (15P) e antimônio (51Sb), os três de Nox 3+ e 5+, formam ácidos diferentes, a partir da reação de seus óxidos com 1, 2 ou 3 moléculas de água. O nome dos ácidos será acrescido dos prefixos “meta” (1H2O), “piro” (2H2O) ou “orto” (3H2O), sendo este último facultativo. Óxido ácido + 1H2O → ácido meta _____________ (nome do óxido) Óxido ácido + 2H2O → ácido piro _____________ (nome do óxido) Óxido ácido + 3H2O → ácido (orto) _____________ (nome do óxido) Exemplos: P2O3: óxido (ou anidrido) fosforoso P2O3 + 1H2O (→ H2P2O4 , simplificando os índices por dois) → 2 HPO2 ácido metafosforoso P2O3 + 2H2O P2O3 + 3H2O (→ H6P2O6 , simplificando os índices por dois) → 2 H3PO3 ácido fosforoso → H4P2O5 ácido pirofosforoso P2O5: óxido (ou anidrido) fosfórico P2O5 + 1H2O → (H2P2O6 , simplificando os índices por dois)→ 2 HPO3 ácido metafosfórico P2O5 + 2H2O → H4P2O7 ácido pirofosfórico P2O5 + 3 H2O → (H6P2O8 , simplificando os índices por dois)→ 2 H3PO4 ácido fosfórico 2) O caso do boro (5B) O boro é capaz de formar um quarto ácido, a partir da reação de DUAS moléculas de seu óxido com UMA molécula de água. 2 B2O3 + óxido (ou anidrido) bórico H2O H2B4O7 ácido tetrabórico 3) O caso do cromo (24Cr) O cromo pode formar dois ácidos, variando a quantidade de óxido com água: CrO3 + H2O óxido (ou anidrido) crômico H2CrO4 ácido crômico 2 CrO3 + H2O óxido (ou anidrido) crômico H2Cr2O7 ácido bicrômico (ou dicrômico) Classificação dos ácidos Quanto à presença de oxigênio a) b) Hidrácidos Exemplos: HCl, H2Se, HCN Oxiácidos Exemplos: H2SO4, HNO3, H3PO4 Quanto ao número de hidrogênios ionizáveis a) Monoácidos ou ácidos monopróticos. Exemplo: HMnO4 b) Diácidos ou ácidos dipróticos. Exemplo: H2SO3 c) Triácidos ou ácidos tripóticos, etc. Exemplo: H3BO3 Obs.: a palavra “prótico” se refere ao hidrogênio (1H) na forma de H+; que, tendo perdido o único elétron que possuía, restou apenas o próton em seu núcleo atômico, e sua eletrosfera ficou vazia. Assim, o ácido capaz de ionizar apenas um hidrogênio (H +) é monoprótico, pois libera um próton para o meio aquoso. Quanto à força do ácido a) Ácidos fortes: apresentam elevada tendência de sofrer ionização. Se mais de 50% de suas moléculas ionizam (coeficiente ou grau de ionização), o ácido é considerado forte. b) Ácidos fracos: apresentam baixa tendência de sofrer ionização. Se um ácido ioniza menos de 5% de suas moléculas em água, o ácido é considerado fraco. c) Ácidos moderados: possuem grau de ionização entre 5% e 50% de suas moléculas. Como deduzir a força dos ácidos pela fórmula A força dos ácidos é definida experimentalmente. Mas pode-se ter uma ideia comparativa da força entre eles, a partir da fórmula. Para os oxiácidos, subtraindo-se o número de oxigênios pelo número de hidrogênios da fórmula, quanto maior a diferença, maior a força do ácido. a) Oxiácidos: HxEOy b) se y – x se y – x < 2 2 ácido forte ácido fraco Hidrácidos: Família 7A: HF, HCl, HBr, HI (fortes, sendo HF fraco) (aumenta a força da esquerda para a direita ; ou melhor, de cima para baixo na tabela periódica) Família 6A e HCN todos fracos Ionização parcial e total de poliácidos Um ácido com mais de um hidrogênio ionizável pode liberá-los no meio aquoso de várias formas, podendo ser todos (ionização total) ou alguns (ionização parcial). Isso depende de vários fatores do ambiente, como temperatura, concentração do ácido na água, presença ou não de outras substâncias ácidas ou básicas etc. Exemplo: ácido sulfúrico (H2SO4) H2SO4 (aq) → H+(aq) + ácido HSO41- (aq) → H+(aq) + hidrogenosulfato H2SO4(aq) → HSO41-(aq) (etapa 1 da ionização parcial, liberando o 1º H+) hidrogenosulfato SO42- (aq) (etapa 2 da ionização parcial, liberando o 2º H+) sulfato 2H+(aq) + ácido SO42- (aq) (ionização total) sulfato Exemplo: ácido fosfórico (H3PO4) H3PO4 (aq) → H+(aq) + ácido H2PO41-(aq) → H+(aq) H+(aq) H1PO42-(aq) + PO43-(aq) hidrogenofosfato H3PO4(aq) → 3H+(aq) ácido (etapa 1 da ionização parcial, liberando o 1º H+) dihidrogenofosfato + dihidrogenofosfato H1PO42-(aq) → H2PO41-(aq) (etapa 2 da ionização parcial, liberando o 2º H+) hidrogenofosfato (etapa 3 da ionização parcial, liberando o 3º H+) fosfato + PO43- (aq) (ionização total) sulfato Propriedades dos ácidos Têm sabor azedo. Conduzem a corrente elétrica em solução aquosa, pois liberam íons (ionização). Os ácidos fortes conduzem melhor a eletricidade, pois liberam mais íons em solução do que os ácidos fracos. Produzem pH < 7. Quanto mais baixo o valor do pH, maior a acidez do meio. A escala de pH é formada por expoentes na base 10 da concentração de íons hidrogênio; isto significa que um meio de pH 4 é dez vezes mais ácido que outro de pH 5. Abaixo de pH 7, o meio é ácido; acima de pH 7, o meio é básico ou alcalino; o pH 7 é o meio neutro, que corresponde, por exemplo, ao da água destilada. Consequência da “chuva ácida”: a chuva ácida abaixa o pH da água de rios, lagos e do solo; agride as folhas das árvores e plantas em geral, destruindo florestas inteiras. Floresta localizada nas montanhas da República Tcheca destruída pela chuva ácida. Disponível (acesso: 4.4.2014): http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Acid_rain_woods1.JPG Ação sobre indicadores: torna a solução alcoólica de fenolftaleína incolor; o papel tornassol azul fica vermelho; o papel tornassol vermelho permanece vermelho; o alaranjado de metila fica vermelho; o chá de repolho roxo fica vermelho. Corroem a maioria dos metais, ionizando-os e liberando gás hidrogênio. Consequência da “chuva ácida”: a chuva ácida acelera a corrosão de estruturas metálicas expostas ao tempo, especialmente as de metais comuns, como ferro, zinco e alumínio. Feº (s) + 2 Alº (s) H2SO4 (aq) + → 3 H2SO4 (aq) FeSO4 (aq) → + Al2(SO4)3 (aq) H2 (g) + 3 H2 (g) Experimento Assista ao vídeo disponível no link abaixo, que mostra o ácido clorídrico atacando o metal alumínio e produzindo gás hidrogênio (que é combustível) e o sal cloreto de alumínio. https://www.youtube.com/watch?v=uTMhyZ_uTjc Corroem carbonatos e bicarbonatos em geral, produzindo gás carbônico, um sal e água. Consequência da “chuva ácida”: a chuva ácida corrói monumentos de mármore (carbonato de cálcio, CaCO3), muitos deles com milhares de anos e de inestimável valor histórico, como as ruínas e esculturas da antiga Atenas, na Grécia, ou o palácio Taj Mahal, na Índia, transformando-as em gesso (sulfato de cálcio, CaSO4), que é uma substância que, aos poucos, vai dissolvendo na água. Por outro lado, se quisermos neutralizar um ácido, podemos usar bicarbonatos. Um recurso muito usado na culinária, para neutralizar a acidez do limão, é adicionar um pouco de bicarbonato de sódio (NaHCO3) ao suco da fruta. CaCO3 (s) + H2SO4 (aq) → CaSO4 (aq) + H2O(l) + CO2 (g) NaHCO3 (s) + HNO3 (aq) → NaNO3 (aq) + H2O(l) + CO2 (g) Gárgula de mármore em monumento da Bavária, desgastada pela chuva ácida. Disponível (acesso: 4.4.2014): http://commons.wikimedia.org/wiki/File:-_Acid_rain_damaged_gargoyle_-.jpg Por serem compostos moleculares, apresentam propriedades físicas comuns a este grupo de substâncias; ou seja, podem ser voláteis (baixos pontos de fusão e de ebulição), não conduzem eletricidade (quando puros). Ácidos mais comuns na química do cotidiano Ácido clorídrico (HCl) O ácido impuro (técnico) é vendido no comércio com o nome ácido muriático. É encontrado no suco gástrico. É um reagente muito usado na indústria e no laboratório. É usado na limpeza de edifícios após a sua caiação (pintura a cal), para remover os respingos de cal. É usado na limpeza de superfícies metálicas antes da soldagem dos respectivos metais. Ácido sulfúrico (H2SO4) É o ácido mais importante na indústria e no laboratório. O poder econômico de um país também pode ser avaliado pela quantidade de ácido sulfúrico que ele fabrica e consome. O maior consumo de ácido sulfúrico ocorre na fabricação de fertilizantes, tais como os superfosfatos e o sulfato de amônio. É o ácido dos acumuladores de chumbo (baterias), usados nos automóveis. É consumido em enormes quantidades, em inúmeros processos industriais, tais como processos da indústria petroquímica, fabricação de papel, corantes, etc. O ácido sulfúrico concentrado é um dos desidratantes mais energéticos. Assim, ele carboniza os hidratos de carbono, como os açúcares, o amido e a celulose; a carbonização é devida à desidratação desses materiais. → C12H22O11 sacarose 12 C(s) H2SO4 concentrado → (C6H10O5)n celulose 6nC(s) H2SO4 concentrado + 11H2O carvão + 5nH2O carvão O ácido sulfúrico "destrói" o papel, o tecido de algodão, a madeira, o açúcar e outros materiais, devido à sua enérgica ação “desidratante”: ele “arranca” os átomos de hidrogênio e oxigênio, na forma de moléculas de água, das grandes moléculas orgânicas desses materiais. O ácido sulfúrico concentrado tem ação corrosiva sobre os tecidos dos organismos vivos, também devido à sua ação desidratante. Produz sérias queimaduras na pele. Por isso, é necessário extremo cuidado ao manusear esse ácido. As chuvas ácidas em ambientes poluídos com dióxido de enxofre contêm H 2SO4 e causam grande impacto ambiental. Ácido nítrico (HNO3) Depois do ácido sulfúrico, é o ácido mais fabricado e mais consumido na indústria. Seu maior consumo ocorre na fabricação de explosivos, tais como: nitroglicerina (dinamite), trinitrotolueno (TNT), trinitrocelulose (algodão pólvora), ácido pícrico e picrato de amônio. É usado na fabricação do salitre, fertilizante na agricultura, e na fabricação da pólvora negra (salitre + carvão + enxofre ). Obs: Salitre = NaNO3 e KNO3 As chuvas ácidas em ambientes poluídos com óxidos do nitrogênio contêm HNO 3 e causam sério impacto ambiental. Em ambientes não poluídos, mas na presença de raios (descargas elétricas), a chuva ácida também contém HNO3. O gás nitrogênio (N2) reage como oxigênio, aquecido pelos raios. O anidrido nítrico (N2O5) formado reage com a água da atmosfera, produzindo ácido nítrico. Por sua vez, o ácido ioniza em meio aquoso, formando ânions nitrato. Ecologicamente, esse fato é muito importante, pois as plantas precisam muito de nitrogênio, mas têm dificuldade de obtê-lo diretamente do ar atmosférico: as moléculas de N 2 são muito difíceis de serem quebradas. Mas, com os raios, a quebra das moléculas é feita e o nitrato produzido e dissolvido na água das chuvas pode ser absorvido pelas raízes das plantas. O nitrogênio é importante para a fabricação dos aminoácidos e proteínas. 2 N2 (g) + → 5 O2 (g) 2 N2O5 (g) raios N2O5 + H2O HNO3 → H+ (aq) → + 2 HNO3 NO31- (aq) nitrato O ácido nítrico concentrado é um líquido muito volátil; seus vapores são muito tóxicos. É um ácido muito corrosivo e, como o ácido sulfúrico, é necessário muito cuidado para manuseálo. Ácido fosfórico (H3PO4) 1. Os seus sais (fosfatos) têm grande aplicação como fertilizantes na agricultura. 2. É usado como aditivo conservante em alguns refrigerantes. Ácido acético (CH3COOH) É o ácido do vinagre, produto indispensável na cozinha (preparo de saladas e maioneses). Ácido fluorídrico (HF) Tem a particularidade de corroer o vidro. Por isso, não pode ser guardado em frascos de vidro. É guardado em frascos de polietileno. É usado para gravar sobre o vidro. Ácido carbônico (H2CO3) É o ácido das águas minerais gaseificadas e dos refrigerantes, que se forma na reação do gás carbônico com a água: CO2 (g) + H2O (l) → H2CO3 (aq) Quando o refrigerante é deixado aberto, em ambiente aquecido, a reação ocorre no sentido contrário, liberando o gás carbônico novamente para a atmosfera. H2CO3 (aq) → CO2 (g) + H2O (l) Ácido sulfídrico (H2S) O sulfeto de hidrogênio é um gás muito tóxico, de cheiro muito desagradável. É o responsável pelo cheiro do ovo podre. Forma-se na decomposição de proteínas que contêm enxofre, que estão presentes no ovo. Por isso, costuma-se dizer que o H2S tem cheiro de ovo podre. Ácido cianídrico (HCN) É terrivelmente tóxico. O cianeto de hidrogênio (HCN gasoso) é o gás das "câmaras de gás" usadas na execução de pessoas. Curiosidade: corte cebola sem chorar Quando cortamos cebola, há liberação de vários gases, que, com o contato com a atmosfera, sofrem modificações. Um desses gases contém um átomo de enxofre (16S) ligado a um oxigênio (8O), cuja molécula sofre uma redução na cadeia carbônica (transformação I) e, depois, sofre duas insaturações (ligações duplas) do enxofre (transformação II). A terceira mudança ocorre, quando o gás entra em contato com a água que está nos nossos olhos, formando ácido sulfúrico (H2SO4). Como o ácido começa a irritar nossos olhos, o organismo se manifesta, produzindo grande quantidade de lágrimas para diluir o ácido, diminuindo sua concentração e, consequentemente, diminuindo a irritação. A melhor maneira de evitar que os olhos se irritem é cortar a cebola dentro de uma vasilha com água, pois os gases ficarão dissolvidos, não se misturando com o ar e, por isso, não chegando aos olhos. Se preferir outro método, usar óculos de mergulho também resolve, embora seja um acessório um pouco estranho para um cozinheiro... Assista aos vídeos: Como cortar cebola sem chorar: https://www.youtube.com/watch?v=QaN7UoR2vjk Segredos bizarros para não chorar na cozinha: https://www.youtube.com/watch?v=S9w0kqIXtfI Exercícios 1) Complete o quadro: Fórmula do ácido HCl Nox do elemento Nome do ácido H2SO4 HIO4 H2SO3 H4P2O5 H2CrO4 HIO3 HClO2 HNO2 HBrO3 HBO2 H4P2O7 H4B2O5 H3PO3 H3PO4 Br+1 Cl+5 S-2 CNCl+7 I+1 Br+3 I-1 F-1 Mn+7 N+5 Ácido bromídrico Ácido metafosfórico Ácido perbrômico Ácido piroantimonioso Ácido bórico Ácido carbônico Ácido arsênico Ácido hipocloroso Ácido tetrabórico Ácido bicrômico Ácido mangânico 2) ESCREVA as equações de ionização (parciais e total) dos ácidos abaixo, dando os nomes dos radicais formados (faça no caderno): 3) Equação de ionização H2CO3 → H+ HCO31- H2CO3 H2CO3 → + 2H+ (total) + Nome do ânion CO32- Carbonato (parcial) HNO3 H2SO4 (total) (parcial) HMnO4 (total) H3PO4 (parcial) (parcial) HClO4 (total) H3PO4 (parcial) (parcial) HNO2 HCl H2SO3 (total) (parcial) (total) H4P2O7 (parcial) (parcial) (parcial) HBr HCN H3BO3 (total) (parcial) bicarbonato ou hidrogenocarbonato (parcial) H2S (total) (parcial) HClO3 HBrO2 HI HIO H2MnO4 (total) (parcial) H2Cr2O7 H2Se HClO4 HClO2 (total) (parcial)
