cidos e bases

QUÍMICA
GERAL
Substâncias e
Funções
Inorgânicas
Ácidos e Bases
Índice
Ficha Técnica
• Por que precisamos conhecer este assunto?
Ácidos e bases são os dois tipos mais comuns de substâncias no laboratório
e no mundo cotidiano. Precisamos saber coo reconhecê-los, quais são as
suas reações caracteristicas e por que elessão substâncias químicas tão
importantes. Veremos que a coservação 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 daágua
corrente fornecida nas cidades é necessário para manter a sociedade
humana.
• O que precisamos conhecer previamente?
Este capítulo desenvolve a introdução sobre ácidos e bases dada no
capítulo anterior que tratou do estudo das soluções eletroliticas. Também
são ilustrados os princípios da termodinamica e do equilibrio químico. Em
menor extensão, são usados os conceitos de ligação de hidrogênio, de
polaridade de ligações e de força de ligações.
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Introdução
• 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” ?
Veja as próximas cenas
deste capítulo ...
4
Substâncias orgânicas x inorgânicas
Substâncias
Orgânicas
Inorgânicas
exemplos
exemplos
• metano, CH4
• metanol, CH3OH
• etano, C2H6
• etanol, CH3CH2OH
• benzeno, C6H6
• ácido acético, CH3COOH
• acetona, CH3COCH3
• éter comum, CH3CH2OCH2CH3
• clorometano, CH3Cl
• diclorometano, CH2Cl2
• clorofórmio, CHCl3
• metilamina, CH3NH2
• óleos, gorduras, proteínas,
açucares e vitaminas
Podem ser
•
•
•
•
•
•
água
ácido clorídrico, HCl
ácido bromídrico, HBr
hidróxido de magnésio, Mg(OH)2
hidróxido de potássio, KOH
Sulfato de bário, BaSO4
• dióxido de carbono, CO2
• monóxido de carbono, CO
• ácido carbônico, H2CO3
• carbonato de sódio, Na2CO3
• carbonato de cálcio, CaCO3
• ácido cianídrico, HCN
• cianeto de sódio, NaCN
• cianeto de potássio, KCN
• grafite, C (graf.)
• diamante, C (diam.)
São denominadas substâncias inorgânicas aquelas que não contém
carbono em sua composição, com exceção do dióxido e monóxido
Exemplos
de carbono
(CO2 e CO),
da grafite, do diamante, do ácido carbônico
necessariamente
que
(H2CO3), do ácido cianídrico
(HCN), dos sais carbonatos e dos sais
Não contêm CARBONO
cianetos. Contêm CARBONO
5
Fatos Experimentais
• Observe:
6
Indicadores Ácido-Base
• Observe:
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.
7
Indicadores Ácido-Base
• Indicadores de Laboratório:
O tornossol é extraído de certos liquens. Liquens são formas
de vida formadas pela associação entre algas e fungos.
8
Conceitução de ácidos e bases
Definição operacional ácidos e bases
Ácidos
Bases
Sabor
azedo
Sabor
adstringente
Torna rósea
Tornassol
Torna azul
Tornassol
Reage com
metais
liberando H2
Reage com
ácido formando
sal e água
9
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
No NaOH
sólido há íons,
mas não estão
livres para se
movimentar
NaOH
HCl é um
composto
molecular
No HCl gasoso
não há cargas
livres para
conduzir a
corrente elétrica
HCl
gás
10
Conceitução de ácidos e bases
Bases sofrem dissociação iônica
11
Conceitução de ácidos e bases
Ácidos sofrem ionização
12
Experiência
Considere a figura ao lado:
Determine a cor que a
solução de repolho roxo
apresentará na presença
de:
V
VA
V
VA
V
VA
a)
b)
c)
d)
e)
f)
suco de laranja;
soda cáustica;
soda limonada;
leite de magnésia;
vinagre;
Ajax.
RESPOSTA
13
Conceituação de ácidos e bases
Conceito ácido-base de Arrhenius
Segundo Arrhenius...
... ácido é todo composto que,
dissolvido em água, origina H+ (H3O+)
como único cátion (o ânion varia de
ácido p/ ácido).
Observe:
HCl(g)
H2SO4(l)
H3PO4(l)
H 2O
H 2O
H 2O
H+(aq) + Cl -(aq)
2 H+(aq) + SO4-2(aq)
3 H+(aq) + PO4-3(aq)
Moléculas de cloreto de hidrogênio gasoso, ao se
dissolverem em água, originam íons H+ e Cl- em
solução aquosa
14
Conceitução de ácidos e bases
Conceito ácido-base de Arrhenius
Atualmente, sabemos que o íon H+ não é estável. Ele se une a uma
molécula de água, originando o H3O+ (hidroxônio ou hidrônio).
perde o elétron...
une-se à água...
H+
H
átomo de hidrogênio
(1 próton; 1 elétron)
H3 O+
cátion hidrogênio
(1 próton)
cátion
hidroxônio, ou
hidrônio.
+
H+
Nenhum elétron
O H
H
H
O
H
H
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Ácidos
Fórmulas e nomenclaturas
HIDRÁCIDOS (ácidos sem oxigênio)
Ácido não-oxigenado (HxE):
ÁCIDO (Radical do E) + ÍDRICO
HCl : ácido clorídrico
HI : ácido iodídrico
HBr : ácido bromídrico
H2S : ácido sulfídrico
HF : ácido fluorídrico
HCN : ácido cianídrico
Para ácidos
do enxofre
usamos o
radical em
latim “sulfur”.
16
Ácidos
Fórmulas e nomenclaturas
OXIÁCIDOS (ácidos com oxigênio)
ÁCIDO (radical de E) + ICO (+ oxigênio)
OSO (- oxigênio)
+1 +7 -2
+1 +5 -2
+7
Ácido Per ..... ico
Ácido
Ácido
+6 +5
..... ico
H Br O3
ác.
perbrômico
ác.
brômico
+1
Ácido Hipo ..... oso
+1 +3 -2
H Br O2
+4 +3 +2
..... oso
H Br O4
+1 +1 -2
H Br O
ác.
hipobromoso
ác.
bromoso
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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.
18
Principais ácidos e suas aplicações
ÉAo
umpressentirem
gás venenoso,
incolor,certos
formado
o perigo,
na
putrefação
substâncias
animais,
comode
o gambá
e a maritaca,
orgânicas
naturais
quedecontenham
liberam uma
mistura
substâncias
enxofre,
responsável
em
de odorsendo
desagradável,
entre
asgrande
quais
parte
pelo cheiro de ovo podre.
o H2S.
o nome
que se indica
AsÉfolhas
decom
mandioca,
apesaruma
de solução
aquosa
do gás
cianídrico,
que é incolor,
venenosas,
podem
ser utilizadas
comocom
cheiro
característico
deQuando
amêndoas
amargas.
alimento
para o gado.
deixadas
Por
venenoso,
esse gástornandoé utilizado
ao ser
sol,muito
liberam
o gás cianídrico,
nas
execuçõespara
em câmara
de gás.
se, assim,
apropriadas
o consumo.
19
Principais ácidos e suas aplicações
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).
O gás carbônico presente no ar atmosférico
combina-se com a água da chuva, formando o
H2CO3, 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.
20
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).
21
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).
22
Vamos Praticar
(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.
Algumas soluções foram testadas com esse indicador, produzindo os
seguintes resultados:
23
Vamos Praticar
RESPOSTA
1) De acordo com esses resultados,
as soluções I, II, III e IV têm,
respectivamente, caráter:
2) Utilizando-se o indicador citado em
sucos de abacaxi e de limão, pode-se
esperar como resultado as cores:
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.
a) rosa ou amarelo
b) vermelho ou roxo
c) verde ou vermelho
d) rosa ou vermelho
e) roxo ou azul
24
Conceituação de ácidos e bases
Conceito ácido-base de Arrhenius
Segundo Arrhenius...
... Base é todo composto que, dissolvido
em água, origina OH- como único ânion
(o cátion varia de base para base).
Observe:
NaOH(s)
H2 O
Ca(OH)2(s)
Al(OH)3(s)
Na+(aq) + OH -(aq)
H2 O
H2 O
Ca2+(aq) + 2OH-(aq)
Al3+(aq) + 3OH-(aq)
Hidróxido de sódio sólido se dissolve em água
produzindo íons Na+ e OH- em solução aquosa
25
Bases
Fórmulas e nomenclaturas
HIDRÓXIDO de
+
nome do
elemento
+
Nox do
elemento
NaOH : hidróxido de sódio
Fe(OH)2 : hidróxido de ferro (II)
Ca(OH)2 : hidróxido de cálcio
CuOH : hidróxido de cobre (I)
Al(OH)3 : hidróxido de alumínio
NH4OH : hidróxido de amônio
- O nox do elemento só é usado quando ele apresentar mais
de um e deve ser escrito em algarismos romanos.
- O NH4+ é o cátion amônio.
26
Bases
Fórmulas e nomenclaturas
Apesar de menos usada atualmente, existe a nomenclatura dos sufixos:
Nox menor: Hidróxido (elemento) + OSO
Nox maior: Hidróxido (elemento) + ICO
Lembre-se da nomenclatura dos oxiácidos!
Fe(OH)
ferroso.
Fe(OH)
férrico.
2 : hidróxido
3 : hidróxido
As bases
podem ser
classificadas de
acordo
com o número
de hidroxilas presentes em suas fórmulas. Exemplo:
CuOH
: hidróxidoNaOH,
cuproso.
• monobases:
KOH, NH4OH Cu(OH)2 : hidróxido cúprico.
• dibases: Ca(OH)2, Fe(OH)2
AuOH
: hidróxido
auroso.
Au(OH)3 : hidróxido áurico.
• tribases:
Al(OH)3,
Fe(OH)3,
• etc
Sn(OH)2 : hidróxido estanoso.
Sn(OH)4 : hidróxido estânico.
27
Bases
Saiba mais
ÁLCALI = BASE (substantivo, origem árabe al-qali = “a cinza”)
ALCALINO = BÁSICO (adjetivo, origem árabe)
As cinzas, em contato com a água, produzem KOH. Na foto, vemos cinza
jogada em água contendo fenolftaleína. O indicador adquire cor rósea,
evidenciando que o meio fica básico.
ATENÇÃO
Colocar
foto pag.
357
• 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
28
Bases
Amônia (NH3): uma base diferente
Amônia (molécula)
Nas condições
ambientes é um
gás de cheiro forte
e irritante
Amônio (íon positivo)
Hidroxila –
íon
característico
das bases
Não confunda amônia
com amônio!
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.
29
Bases
Dissociação iônica: bases de metais e ionização
da amônia
A amônia
Outras bases
• Não possui metal
• É um composto
molecular
• É gasosa quando
pura
• Em água sofre
ionização
• 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
fórmula
(*)
Os hidróxidos
de metaispela
que não
sejamNH
alcalinos
nem alcalinos
4OH e considerada
terrosos
apresentam
um caráter covalente bastante acentuado.
como uma
monobase
30
Principais bases e suas aplicações
Hidróxido de sódio. Comercialmente
(impuro) é conhecido por soda cáustica.
Usado na fabricação de sabões, é
altamente corrosivo.
Conhecido por cal extinta ou apagada,
o hidróxido de cálcio é comumente
usado na construção civil (preparação
de argamassa).
31
Principais bases e suas aplicações
Usado como antiácido estomacal e laxante suave
o hidróxido de magnésio é conhecido por “leite
de magnésia”, quando em suspensão aquosa.
Hidróxido de amônia. Obtido pela
dissolução da amônia (NH3) em
água, o chamado amoníaco é usado
em alguns produtos de limpeza.
32
Bases
Ciclo do Nitrogênio
33
Escala de pH
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.
34
Vamos Praticar
(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:
a) refrigerante
b) suco de laranja
c) água com limão
d) vinagre
e) leite de magnésia
RESPOSTA
35
Vamos Praticar
(FUA-AM) Analise a alternativa correta que indica uma das
substâncias ativas contidas no medicamento “aziran”, usado para
neutralizar a hiperacidez estomacal:
a) Hidróxido de sódio
b) Ácido clorídrico
c) Ácido sulfúrico
d) Hidróxido de alumínio
e) Ácido cítrico
RESPOSTA
36
Química Industrial
Produção de H2SO4
O ácido sulfúrico é fabricado a partir
das matérias-primas enxofre mineral,
oxigênio do ar e água.
S(s)
+ O2(g)
SO2(g) + ½ O2(g)
SO3(g) + H2O (l)
SO2(g)
catalisador
SO3(g)
H2SO4(aq)
O catalisador, indicado na 2ª. etapa, aumenta a velocidade
Quando puro,
apresenta-se
como
da reação, tornando-a
industrialmente
viável.
O catalizador
umreação
líquidoéincolor,
usado para esta
platina oleoso,
(Pt) com pentóxido de
denso (d=1,84 g/cm3) e
divanádio (V2Obastante
5)
de alto ponto de ebulição (338oC)
37
Química Industrial
Produção de HNO3
O ácido nítrico, HNO3, é obtido industrialmente a
partir do oxigênio e do nitrogênio do ar (ou da amônia)
e da água.
OU
N2(g)
+ O2(g)
4NH3(g) + 5O2(g)
faísca
elétrica
Pt
2 NO(g)
4 NO(g) + 6H2O(g)
A
atua
catalisador
na21ª.
tornando
reação
A platina
seguir o
NOcomo
é convertido
em NO
, e etapa,
este, por
reação acom
água,
suficientemente
produz o HNO3 rápida para ter utilidade industrial.
2NO(g) + O2(g)
2 NO2(g)
2NO2(g) + HO2(l)
HNO2(aq) + HNO3(aq)
38
De Olho no Vestibular
(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 FeS2 + 11 O2  2 Fe2O3 + 8 SO2
V2O5
2 SO2 + A  2 SO3
SO3 + B  H2SO4
Nesse processo, as substâncias A e B são, respectivamente:
a) H2 e O2
b) SO2 e H2S
c) O2 e H2O
d) SO2 e H2O
e) O3 e H2
Resolução
V2O5
2SO2 + O2  2SO3
SO3 + H2O  H2SO4
A = O2
B = H 2O
RESPOSTA
39
Cenas dos próximos capítulos
40