Funções Inorgânicas 2 – óxidos e chuva ácida

Funções Inorgânicas 2 – óxidos e chuva ácida
Os óxidos são compostos binários em que o oxigênio é o elemento mais eletronegativo. Na maioria dos
óxidos, o Nox do oxigênio equivale a 2-.
Fórmula geral: E2Ox
“E” é um elemento qualquer e “x” é o índice do oxigênio, que corresponde ao Nox do elemento “E”, sem
o sinal.
Se o valor de x for múltiplo de 2, a fórmula sofre simplificação, dividindo-se os índices por 2.
Exemplos:
Fe2O3, FeO (simplificado de Fe2O2), CaO (simplificado de Ca2O2), SO2 (simplificado de S2O4).
Origem
No planeta Terra, a quantidade do elemento oxigênio (8O) é muito grande, especialmente na atmosfera, na
forma de gás oxigênio (O2). Esse elemento é muito eletronegativo (forte tendência de atrair elétrons),
provocando a oxidação de praticamente todos os elementos disponíveis no ambiente. É por isso que a
grande maioria dos elementos metálicos não está disponível na Natureza na forma metálica, mas na forma
de minérios iônicos; ou seja, na forma de cátions (átomos positivos), combinados com o oxigênio, na forma
do ânion óxido (O2-), como é o caso do ferro (Fe2O3, hematita), do alumínio (Al2O3, bauxita) etc.
Os metais, quando na forma metálica produzida pelo homem (barra de ferro, janela de alumínio, telha de
zinco etc) sofrem oxidação (perda de elétrons) na presença do oxigênio no ambiente, voltando à forma
iônica. No caso do ferro, chamamos essa corrosão de “enferrujamento”.
Por outro lado, a queima de combustíveis (madeira, carvão, gás natural e derivados do petróleo, etc.) e
também a respiração produzem constantemente óxidos moleculares, que são lançados na atmosfera,
como o dióxido de carbono (CO2), pentóxido de dinitrogênio (N2O5), trióxido de enxofre (SO3) e muitos
outros.
Estes três óxidos acima são os principais responsáveis pela “chuva ácida”, sendo que o dióxido de
carbono (CO2) é o responsável pela acidez natural da chuva, que é uma acidez leve. Em reação com a
água da atmosfera, o dióxido de carbono forma o ácido carbônico (H2CO3), que é um ácido fraco. Os
óxidos de nitrogênio e enxofre, por outro lado, formam ácidos fortes em reação com a água da atmosfera,
causando abaixamento do pH de forma acentuada, causando problemas ambientais graves.
Portanto, a importância dos óxidos é muito grande, envolvendo a metalurgia, siderurgia (metalurgia
específica do ferro), conservação dos metais, processos biológicos de respiração e de fotossíntese,
queima de combustíveis, chuva ácida etc.
Nomenclatura dos óxidos
1) Quando o elemento tem possibilidade de formar apenas um óxido (um só valor de Nox):
Óxido de ________________ (nome do elemento)
Exemplos:
Na2O (óxido de sódio)
CaO (óxido de cálcio)
Al2O3 (óxido de alumínio)
2) Quando o elemento consegue formar dois óxidos (dois valores de Nox):
2.1) Nomenclatura antiga:
Óxido
+ oso
(nome do elemento)
Exemplos:
Óxido
(menor Nox)
+ ico
(nome do elemento)
(maior Nox)
FeO (óxido ferroso), Fe2O3 (óxido férrico)
2.2) Nomenclatura de Stocks
Óxido de
________________
(nome do elemento)
__________________________________
(Nox do elemento em algarismos romanos)
Exemplos:
Cu2O (óxido de cobre I)
CuO (óxido de cobre II)
2.3) Nomenclatura moderna
Prefixo indicando o número de átomos de
oxigênio
+ “...óxido” de +
mono, bi ou di, tri, tetra, pent, hept
Prefixo indicando o número de átomos
do elemento
mono (opcional), bi ou di, tri
+ nome do
elemento
Exemplos:
Mn2O7 (heptóxido de dimanganês), CO (monóxido de carbono), SO3 (trióxido de enxofre)
Casos especiais da nomenclatura antiga
Óxidos formados por cloro (17Cl), bromo (35Br) e iodo (53I)
Nox = 1+
óxido hipo _________________oso
(nome do elemento)
Nox = 3+
óxido ____________________oso
(nome do elemento)
Nox = 5+
óxido ____________________ico
(nome do elemento)
Nox = 7+
óxido per _________________ico
(nome do elemento)
Óxidos formados pelo cromo (24Cr)
Nox = 2+
CrO óxido cromoso
Nox = 3+
não se usa a nomenclatura antiga, somente a de Stocks ou a moderna
Nox = 6+
CrO3 óxido crômico
Óxidos formados pelo manganês (25Mn)
Nox = 2+
Nox = 3+
MnO – óxido manganoso
não se usa a nomenclatura antiga, mas a de Stocks ou a moderna
Mn2O3 (óxido de manganês III ou trióxido de dimanganês)
Nox = 4+
não se usa a nomenclatura antiga, mas a de Stocks ou a moderna
MnO2 (óxido de manganês IV ou dióxido de manganês)
Nox = 6+
Nox = 7+
MnO3 – óxido mangânico
Mn2O7 – óxido permangânico
Classificação dos óxidos
Classificação quanto à natureza da ligação:
Óxidos iônicos: o elemento é um metal com Nox
4.
Óxidos moleculares: o elemento é um metal com Nox
5 ou um ametal com qualquer Nox.
Classificação quanto ao caráter ou tipo de reação:
a) óxidos básicos
b) óxidos ácidos
c) óxidos anfóteros
d) óxidos neutros
a) Óxidos básicos
Apresentam acentuado caráter iônico; formados por metais de Nox baixo (+ 1, + 2) :


Reagem com a água, formando bases :
CaO + H2O
Ca(OH)2
Na2O + H2O
2NaOH
Reagem com ácidos, produzindo sal e água :
K2O + H2SO4
CaO + 2HCl
K2SO4 + H2O
CaCl2 + H2O
b) Óxidos ácidos (causadores da “chuva ácida”)
Apresentam acentuado caráter molecular; são formados por ametais com qualquer valor de Nox ou por
metais com Nox alto (+5, + 6, +7). São também chamados “anidridos”, que significa “sem água”, numa
referência ao fato de que, em reação com água, os anidridos formam ácidos.
Na nomenclatura antiga, a palavra óxido pode ser substituída pela palavra ANIDRIDO. Quando o ametal
apresenta apenas um valor de Nox, utiliza-se o sufixo ICO:
Exemplo: B2O3: anidrido bórico.

Reagem com a água, formando ácidos :
CO2 + H2O
SO3 + H2O

H2CO3
H2SO4
Reagem com base, produzindo sal e água :
CO2 + 2KOH
SO3 + Ca(OH)2
K2CO3 + H2O
CaSO4 + H2O
c) Óxidos anfóteros:
Comportam-se, ora como óxidos ácidos, ora como óxidos básicos. São geralmente formados por metais
com Nox +3 ou +4. Exemplos: Al2O3, ZnO, PbO, PbO2, Cr2O3, SnO, SnO2.

Reagem com ácidos produzindo sal e água:
Al2O3 + 6HCl
2 AlCl3 + 3H2O
ZnO + H2SO4

ZnSO4 + H2O
Reagem com bases produzindo sal e água :
Al2O3 + 2NaOH
2 NaAlO2 + H2O
(aluminato de sódio)
ZnO + Ca(OH)2
CaZnO2 + H2O
(zincato de sódio)

Não reagem com a água.
d) Óxidos neutros:



Não possuem caráter básico nem ácido.
Não reagem com água, ácidos ou bases.
Normalmente utiliza-se a nomenclatura moderna para esses óxidos.
E xemplos: CO, NO, N2O
Classificação quanto à estrutura :
a) Óxidos salinos, mistos ou duplos
b) Peróxidos
c) Superóxidos
a) Óxidos salinos, mistos ou duplos:
São óxidos iônicos que resultam da combinação de 2 óxidos do mesmo elemento. Apresentam fórmula
geral E3O4. São formados por elementos que possuem Nox 2+ e 3+ ou 2+ e 4+.
Exemplos:
Fe3O4 (FeO + Fe2O3);
Pb3O4 (2PbO + PbO2);
Mn3O4 (2 MnO + MnO2)
A nomenclatura mais usual para os óxidos salinos é a nomenclatura moderna, podendo também aparecer
a nomenclatura de Stocks.
Exemplo:
Fe3O4: óxido salino de ferro (antiga);
ou tetróxido de triferro (moderna);
ou óxido de ferro II e III (Stocks)
b) Peróxidos:
Aparecem com a estrutura -O-O- , sendo que, neste caso, o oxigênio tem Nox = -1. São formados por
elementos com Nox 1+ ou 2+, geralmente o hidrogênio ou metais das colunas IA e IIA .
Fórmula geral:
Se E+1: E2O2
Se E+2: EO2
Exemplos:
H2O2 (peróxido de hidrogênio, “água oxigenada”)
K2O2 (peróxido de potássio)
BaO2 (peróxido de bário)
A nomenclatura de peróxidos segue a nomenclatura antiga, apenas substituindo a palavra ÓXIDO pela
palavra PERÓXIDO.
c) Superóxidos:
Aparecem com a estrutura -O-O-O-O-, na qual o oxigênio tem Nox = - ½. A nomenclatura de superóxidos
segue a nomenclatura antiga, apenas substituindo a palavra ÓXIDO pela palavra SUPERÓXIDO.
Se E+1: E2O4
Fórmula geral:
Se E+2: EO4
Exemplos:
Na2O4 (superóxido de sódio)
BaO4 (superóxido de bário)
K2O4 (superóxido de potássio)
Óxidos mais comuns na química do cotidiano
a) Óxido de cálcio (CaO) ou “cal”
É um dos óxidos de maior aplicação e não é encontrado na natureza. É obtido industrialmente por pirólise
(aquecimento) do calcário, principalmente para a indústria de cimento.
CaCO3 (s)
calcário
(mármore)
CaO (s)
“cal viva” ou
“cal virgem”
(pirólise)
+ CO2 (g)
Entre algumas das grandes aplicações do Cão, temos:

Fabricação de cal hidratada ou Ca(OH)2 :

Preparação da argamassa usada no assentamento de tijolos e revestimento das paredes

Pintura a cal (caiação)

Na agricultura, para diminuir a acidez do solo
CaO + H2O
Ca(OH)2
b) Dióxido de carbono (CO2) ou “gás carbônico”
É um gás incolor, inodoro, mais denso que o ar. Não é combustível e nem comburente, por isso, é usado
em extintores de incêndio.
O CO2 não é tóxico; por isso, não é poluente. O ar contendo maior teor em CO2 que o normal (0,03%) é
impróprio à respiração porque contém menor teor em O2 que o normal.
O CO2 é o gás usado nos refrigerantes e nas águas minerais “gaseificadas”.
Aqui ocorre a reação:
CO2 + H2O
↔
↔
H2CO3
H+ (aq)
(Ácido carbônico)
HCO3-(aq)
+
(ânion bicarbonato)
O CO2 sólido é o “gelo seco” e é usado para produzir baixas temperaturas.
O CO2 forma-se no processo da respiração dos seres vivos (animais e vegetais) e é consumido no
processo da fotossíntese, realizado pelas plantas.
I) Seres vivos
→
respiração
→
CO2
II) CO2 + H2O
→
hidratos de carbono (substâncias orgânicas)
O CO2 forma-se também na queima dos combustíveis ricos em carbono (carvão, gasolina, querosene, óleo
diesel, álcool, etc).
III) Combustível → queima
→
CO2
Dióxido de carbono e efeito estufa
Até certo tempo atrás, o teor de CO2 na atmosfera manteve-se constante, devido a um equilíbrio nos três
processos (I, II e III). Recentemente o teor em CO2 na atmosfera tem aumentado, e este fato é o principal
responsável pelo chamado “efeito estufa”.
O aumento do teor em CO2 é devido:

ao aumento, cada vez maior, da queima de combustíveis;

à diminuição do processo da fotossíntese devido à devastação das florestas.
As radiações infravermelhas provenientes do Sol se refletem na superfície terrestre e voltam para a alta
atmosfera, sendo parte delas absorvidas pelo CO2 atmosférico. Com o aumento da quantidade de CO2 , a
maior quantidade das radiações infravermelhas é absorvida, acarretando um aumento de temperatura da
atmosfera. Esse aumento de temperatura é o “efeito estufa”. Em outras palavras, a terra está ficando mais
quente, e isso tem acarretado sérios transtornos climáticos. As grandes inundações que têm ocorrido
ultimamente podem ser consequência de distúrbios climáticos provocados pelo efeito estufa. Um efeito
estufa intenso poderá “derreter” grandes quantidades de gelo das regiões polares, provocando grandes
inundações em diversas regiões do planeta.
c) Monóxido de carbono (CO) e o perigo da “morte na garagem”
É um gás incolor extremamente tóxico. É um seríssimo poluente do ar atmosférico. Forma-se na queima
incompleta de combustíveis, como álcool (etanol), gasolina, óleo diesel, etc.
A quantidade de CO lançada na atmosfera pelo escapamento dos automóveis, caminhões, ônibus, etc.
cresce na seguinte ordem, em relação ao combustível usado: Álcool < gasolina < óleo diesel
A gasolina usada como combustível contém um certo teor de álcool (etanol) para diminuir a quantidade de
CO lançada na atmosfera e, com isso, diminuir a poluição do ar, diminuindo o impacto ambiental.
CUIDADO!
Acidentes mortais já foram noticiados nos meios de comunicação, em que pessoas morreram
sufocadas por ação desse gás produzido pela queima incompleta de combustíveis orgânicos,
especialmente madeira e carvão (lareiras e aquecedores improvisados) e gasolina, diesel ou
álcool (carros com motores ligados em garagens fechadas).
A queima incompleta, ao invés de produzir dióxido de carbono (CO2), produz monóxido (CO), por
deficiência de gás oxigênio no ambiente, durante a queima.
Fumaça preta (carbono puro ou “fuligem”) também é sinal de que grande quantidade de monóxido
está sendo produzida, pois, se o carbono está sendo produzido puro, é sinal de que a quantidade
de oxigênio está insuficiente para produzir o dióxido de carbono. Automóveis, caminhões e ônibus
costumam emitir grande quantidade de fumaça preta, indicando grave poluição atmosférica.
d) Dióxido de enxofre (SO2) e a “chuva ácida”
O dióxido de enxofre ou óxido de enxofre IV ou, ainda, anidrido sulfuroso é um gás incolor, tóxico, de
cheiro forte e irritante, que pode se formar na queima do enxofre e dos compostos que contêm enxofre,
geralmente orgânicos, como derivados de petróleo.
O SO2 é um sério poluente atmosférico. É o principal poluente do ar das regiões onde há fábricas de
H2SO4. Uma das fases da fabricação desse ácido consiste na queima do enxofre:
S8 (s) + 8 O2 (g)
8 SO2 (g)
A gasolina, o óleo diesel e outros combustíveis derivados do petróleo contêm compostos do enxofre. Na
queima desses combustíveis, forma-se SO2 , que é lançado na atmosfera. O óleo diesel contém maior teor
de enxofre do que a gasolina e, por isso, o impacto ambiental causado pelo uso do óleo diesel como
combustível é maior que o da gasolina. O álcool (etanol) não contém compostos de enxofre e, por isso,na
sua queima não é liberado SO2. Esta é mais uma vantagem do álcool em relação à gasolina, em termos de
poluição atmosférica.
O SO2 lançado na atmosfera se transforma em SO3 (reação I), que dissolve e reage com a água de chuva
(reação II), constituindo a “chuva ácida” que causa sérios impactos ambientais (destrói a vegetação, corrói
metais, corrói monumentos de mármore e rochas calcárias, diminui o pH de lagos, rios e do solo).
(I)
2 SO2 (g)
+
O2 (g)
→
2SO3 (g)
(II)
SO3 (g)
+
H2O (l)
→
H2SO4 (aq)
Mais sobre chuva ácida
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
+
H2O
↔
Anidrido carbônico
SO3
+
H2O
→
Anidrido sulfúrico
N2O5
Anidrido nítrico
H2CO3
(reação reversível)
ácido carbônico
(ácido fraco)
H2SO4
ácido sulfúrico
(ácido forte)
+
H2O
→
2 HNO3
ácido nítrico
(ácido forte)
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).
Observação: Veja sobre as conseqüências ambientais da chuva ácida na nossa publicação sobre
os ácidos, “Funções inorgânicas 4 – ácidos”.
e) Dióxido de nitrogênio
É um gás de cor castanho avermelhada, de cheiro forte e irritante, muito tóxico.
Nos motores de explosão dos automóveis, caminhões, etc., devido à temperatura muito elevada, o
nitrogênio e oxigênio do ar se combinam, dando óxidos do nitrogênio, particularmente NO 2, que poluem a
atmosfera. O NO2 liberado dos escapamentos reage com o O2 do ar, produzindo O3 ,que é outro sério
poluente atmosférico.
NO2 (g) +
O2 (g)
O3 (g)
+
NO (g)
Veja que contraste da natureza: o ozônio forma-se nas camadas inferiores da atmosfera, onde ele é
totalmente indesejável (poluente) e é destruído na alta atmosfera, onde ele é absolutamente necessário.
Os automóveis modernos têm dispositivos que decompõem os óxidos do nitrogênio em N2 e O2, antes de
serem lançados na atmosfera. Esta decomposição é feita com catalisadores especiais e essa inovação
relativamente recente tem diminuído sensivelmente a poluição atmosférica pelos óxidos do nitrogênio.
O NO2 é o principal poluente do ar nas regiões onde há fábricas de ácido nítrico. O gás de cor castanha
que se desprende das chaminés das fábricas de ácido nítrico contém alto teor de NO2.
Os óxidos do nitrogênio da atmosfera dissolvem-se na água e com ela reagem, produzindo ácido nítrico,
originando, assim, a “chuva ácida”, que também causa sério impacto ambiental.
Observação – Em ambientes não poluídos e na ausência de raios e relâmpagos, também há chuva
ácida, devido à dissolução do CO2 do ar na água, como vimos acima.
Minerais mais comuns, formados por óxidos
Inúmeros são os minerais e minérios constituídos por óxidos, disponíveis em grandes quantidades na
crosta terrestre. Alguns deles:
Quartzo, cristal de rocha, silica (SiO2).
O óxido mais abundante na crosta terrestre é o SiO 2. A areia é basicamente SiO2 ; o quartzo, um dos
componentes do granito, é também SiO2. Os silicatos naturais na realidade são óxidos duplos nos quais o SiO 2
é componente obrigatório. O oxigênio e o silício são os dois elementos mais freqüentes na constituição da
crosta terrestre: o oxigênio participa com 50% e o silício, com 25% da constituição da crosta terrestre, sobrando
25% para repartir com os demais elementos.
Uma curiosidade importante sobre o quartzo (SiO 2) - é que sua fórmula não representa uma molécula. Na
verdade, trata-se de um “sólido covalente”, em que os átomos de silício e oxigênio estão ligados uns aos outros
por ligação covalente, formando todo o pedaço de cristal. Em outras palavras, a fórmula representa a proporção
dos átomos no cristal; e não uma molécula de apenas três átomos.
Disponíveis (acesso 4.4.2014): http://commons.wikimedia.org/wiki/File:PlattneriteStructure.png,
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:SiO2repeat.png e http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Quartz_oisan.jpg
Hematita (Fe2O3): principal minério de ferro.
Pirolusita (MnO2): minério do manganês.
Disponível
(acesso:
4.4.2014):
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Kvarc_sa_inkluzijam
a_hematita.JPG
Disponível (acesso: 4.4.2014):
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Pyrolusite_Mineral_wit
h_Dendrite_Macro_Digon3.jpg
Bauxita (Al2O3): minério do alumínio.
Magnetita (Fe3O4): mineral, imã natural.
Disponível
(acesso:
4.4.2014):
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Mineral_Bauxita_GD
FL117.jpg
Disponível (acesso: 4.4.2014):
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Mineral_Magnetita_G
DFL108.jpg
Exercícios
1) CALCULE o Nox do elemento combinado com o oxigênio, em cada óxido abaixo:
Br2O3
P2O5
SrO
CO2
Li2O
CO
Hg2O
N2O
CdO
MnO3
Co2O3
HgO
Mn2O3
PbO
2)COMPLETE o quadro:
Nox do
elemento
Fórmula do
Óxido
Classificação do
óxido
Nomenclatura do óxido
Fe+3
S+6
C+4
Ag+
N+5
K2O2
N2O3
N2O
Ni2O3
óxido de alumínio
CaO
Br2O
anidrido sulfuroso
P
+5
óxido de lítio
Hg+
ZnO
P2O3
monóxido de carbono
óxido de ouro III
anidrido permangânico
Mn+2
Cr+3
Cr+6
anidrido mangânico
Li2O2
Fe+2
N2+
Au+
Cu+2
Na2O
PbO2
SnO2
Sn+2
K2O4
Hg+2
Br+3
Pb3O4
óxido de cobalto II e III
peróxido de hidrogênio
dióxido de nitrogênio
superóxido de cálcio