Índice

Ficha Técnica

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• 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.

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

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Substâncias

Orgânicas Inorgânicas

• 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

• 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.)

Contêm CARBONO Não contêm CARBONO

Podem ser

Exemplos que

necessariamente

exemplosexemplos

Substâncias orgânicas x inorgânicas

• Observe:

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Fatos Experimentais

• Observe:

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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

• Indicadores de Laboratório:

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O tornossol é extraído de certos liquens. Liquens são formas de vida formadas pela associação entre algas e fungos.

Indicadores Ácido-Base

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Ácidos Bases

Sabor azedo

Sabor adstringente

Torna rósea Tornassol

Torna azul Tornassol

Reage com metais

liberando H2

Reage com ácido formando

sal e água

Conceitução de ácidos e bases

Definição operacional ácidos e bases

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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

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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

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Segundo Arrhenius...

HCl(g) H+(aq) + Cl -

(aq)H2SO4(l) 2 H+(aq) + SO4

-

2(aq)H3PO4(l) 3 H+(aq) + PO4

-

3(aq)

Observe:

... ácido é todo composto que, dissolvido em água, origina H+ (H3O+) 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

H2O

H2O

H2O

Conceituação de ácidos e bases

Conceito ácido-base de Arrhenius

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Atualmente, sabemos que o íon H+ não é estável. Ele se une a uma molécula de água, originando o H3O+ (hidroxônio ou

hidrônio).

H

átomo de hidrogênio (1 próton; 1

elétron)

perde o elétron... H+

cátion hidrogênio (1 próton)

une-se à água...

H3O+

cátion hidroxônio, ou

hidrônio.

O

H

HH+ H

+

O

H

HNenhum elétron

Conceitução de ácidos e bases

Conceito ácido-base de Arrhenius

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HIDRÁCIDOS (ácidos sem oxigênio)

ÁCIDO (Radical do E) + ÍDRICO

HCl : ácido clorídrico

HBr : ácido bromídrico H2S : ácido sulfídrico

HF : ácido fluorídrico HCN : ácido cianídrico

HI : ácido iodídrico

Ácido não-oxigenado (HxE):

Ácidos

Fórmulas e nomenclaturas

Para ácidos do enxofre usamos o radical em

latim “sulfur”.

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OXIÁCIDOS (ácidos com oxigênio)

Ácidos

Fórmulas e nomenclaturas

H Br O4

+1 -2

ác. perbrômico

+7+7

H Br O3

+1

-2

ác. brômico

+5+5

H Br O2

+1

-2

ác. bromoso

+3+3

H Br O+1 -2

ác. hipobromoso

+1+1

+7+7

+6+6 +5+5

+2+2+3+3+4+4

+1+1

ÁCIDO (radical de E) + ICO (+ oxigênio) OSO (- oxigênio)

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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 centralObs.: Havendo hidrogênios não-ionizáveis, eles devem ser ligados ao elemento central. Isso ocorre no H3PO3 e no H3PO2

H2CO3

Ácido carbônico

CCOOOO

OO HH

HH

H2SO4

Ácido sulfúrico

SSOO

OO

OO HH

HH

H3PO4

Ácido fosfórico

OOPP

OO

OO

OO HH

HHOOHHEssas ligações são consideradas por alguns autores, como “dativas”.

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Ácidos

Ionização de ácidos

Os átomos de hidrogênio que aparecem na fórmula de um ácido e podem ser liberados como H+ (H3O+) são chamados de hidrogênios ionizáveis.

Como regra geral, todos os H presentes na fórmula de um ácido são ionizáveis.

H3PO4

Ácido fosfórico

PPOO

OO

OO HH

HHOOHHH3PO3

Ácido fosforoso (2H+)

PPOO

OO

OO HH

HHHH

H3PO2

Ácido hipofosforoso (1H+)

PPOO OO HH

HHHH

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Ácidos

Ionização parcial (em etapas)

Quando um ácido possui mais de um H ionizável, ocorre a ionização por etapas. Usando equações simplificadas:

H2SO4(aq) = 2 H+(aq) + SO4-

2(aq)

H2SO4(aq) = H+(aq) + HSO4-(aq) 1ª

etapa HSO4-(aq) = H+(aq) + SO4

-2(aq) 2ª etapa

equação global

H3PO4(aq) = 3 H+(aq) + PO4-

3(aq)

H3PO4(aq) = H+(aq) + H2PO4-(aq) 1ª

etapaH2PO4-(aq) = H+(aq) + HPO4

-2(aq) 2ª etapaHPO4

-2(aq) = H+(aq) + PO4-3(aq) 3ª

etapaequação global

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Ácidos

Ionização (classificação)

Os ácidos podem ser classificados quanto ao número de Hidrogênios Ionizáveis:

Monoácidos (HCl, HI, H3PO2)

Diácidos (H2SO4, H2S, H3PO3)

Triácidos (H3PO4, H3BO3, H3BO2)

Tetrácidos (H4P2O7)

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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.

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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.

00,, fraco Ex.: HClO, H fraco Ex.: HClO, H44SiOSiO44

11,, moderado Ex.: H moderado Ex.: H33POPO44, HNO, HNO22

22,, forte Ex.: H forte Ex.: H22SOSO44, HBrO, HBrO44

y-xy-xy-xy-xHHxxEOEOyy

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Ácidos

Grau de ionização

Ácido carbônico (H2CO3)

Ácido acético (H3CCOOH)

... 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.

1. Associe corretamente as duas colunas:

RESPOSTA

25

Vamos Praticar

(1) — H2SO4

(2) — HI

(3) — HNO2

(4) — HClO4

(5) — H2S

(A) hidrácido, monoácido, forte

(B) hidrácido, diácido, fraco

(C) oxiácido, monoácido, forte

(D) oxiácido, diácido, forte

(E) oxiácido, monoácido, semiforte

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

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Vamos Praticar

a) HF

b) H2S

c) H3PO4

d) H4SiO4

e) HNO3

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 < H3PO4 < H2SO4 < HCl

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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.

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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 H2S.

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.

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Principais ácidos e suas aplicações

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 dosrefrigerantes 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).

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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).

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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).

(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:

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 amarelob) vermelho ou roxoc) verde ou vermelhod) rosa ou vermelhoe) roxo ou azul

(UECE) O sistema a seguir mostra a ocorrência de reação química entre um ácido e um metal, com liberação do gás X.

RESPOSTA

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Vamos Praticar

a) O2

b) Cl2

c) O3

d) H2

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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) Na+(aq) + OH -(aq)

Ca(OH)2(s) Ca2+(aq) + 2OH-(aq)

Al(OH)3(s) Al3+(aq) + 3OH-(aq)

Hidróxido de sódio sólido se dissolve em água produzindo íons Na+ e OH- em solução aquosa

H2O

H2O

H2O

Conceituação de ácidos e bases

Conceito ácido-base de Arrhenius

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Bases

Fórmulas e nomenclaturas

HIDRÓXIDO de +nome do element

o+

Nox do element

o

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)

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.

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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

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

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Bases

Saiba mais

Colocar foto pag.

357

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Bases

Amônia (NH3): 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

(*) 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

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 NH4OH e considerada como uma monobase

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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.

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Principais bases e suas aplicações

Hidróxido de amônia. Obtido pela dissolução da amônia (NH3) 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.

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Bases

Ciclo do Nitrogênio

(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.

(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

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O ácido sulfúrico é fabricado a partir das matérias-primas enxofre mineral, oxigênio do ar e água.

S(s) + O2(g) SO2(g)

SO2(g) + ½ O2(g) SO3(g)

SO3(g) + H2O (l) H2SO4(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 (V2O5)

Quando puro, apresenta-se como um líquido incolor, oleoso, bastante denso (d=1,84 g/cm3) e de alto ponto de ebulição (338oC)

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O ácido nítrico, HNO3, é obtido industrialmente a partir do oxigênio e do nitrogênio do ar (ou da amônia) e da água.

N2(g) + O2(g) 2 NO(g)faísca

elétrica

4NH3(g) + 5O2(g) 4 NO(g) + 6H2O(g)

Pt

OU

A seguir o NO é convertido em NO2, e este, por reação com água, produz o HNO3

2NO(g) + O2(g) 2 NO2(g)2NO2(g) + HO2(l) HNO2(aq) + HNO3(aq)

A platina atua como catalisador na 1ª. etapa, tornando a reação suficientemente rápida para ter utilidade industrial.

(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:

RESPOSTA

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De Olho no ENEM

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 = H2O