21. ácidos e bases

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  • FICHA TÉCNICA QUÍMICA GERAL Substâncias e Funções Inorgânicas Condutividade Elétrica de Soluções Aquosas Conteúdo: Livro de Química na Abordagem do Cotidiano Vol. 1 (Tito Canto) - pg. 338 a 367 Objetivos Conhecer a diferença entre substâncias orgânicas e inorgânicas Analisar os conceitos de ácidos e bases Estrutura: Este módulo é composto por 52 slides e uma animação com tempo previsto para 2 horas aulas (1h 40 min) Contextualização:Ácidos e Bases do cotidiano e seus processo industrial e a relação desses com o desenvolvimento socioeconomico de um país. Interdisciplinaridade: Biologia – Equilibrio acido-base nos organismos Geografia - Indice socio-economico (industrilização e o uso de produtos químicos) Matemática – Conceito de função logaritimica (pH) Animção: Escala de pH Atividade Interativa: Acidos e Bases no Cotidiano Referencias Bibliográficas Tito e Canto Atikins REVID Infopédia
  • 21. ácidos e bases

    1. 1. Índice
    2. 2. Ficha Técnica• Por que precisamos conhecer este assunto?Ácidos e bases são os dois tipos mais comuns de substâncias no laboratórioe no mundo cotidiano. Precisamos saber como reconhecê-los, quais são assuas reações caracteristicas e por que eles são substâncias químicas tãoimportantes. Veremos que a coservação das concentrações dos ácidos e dasbases dentro de certos limites em células de plantas e de animais énecessária para a sobrevivências dos organismos vivos, e que o controle daacidez das águas da chuva, das águas naturais dos lagos e rios, e da águacorrente fornecida nas cidades é necessário para manter a sociedadehumana.• O que precisamos conhecer previamente?Este capítulo desenvolve a introdução sobre ácidos e bases dada nocapítulo anterior que tratou do estudo das soluções eletroliticas. Tambémsão ilustrados os princípios da termodinamica e do equilibrio químico. Emmenor extensão, são usados os conceitos de ligação de hidrogênio, depolaridade de ligações e de força de ligações. 3
    3. 3. 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
    4. 4. Substâncias orgânicas x inorgânicas Substâncias Podem ser Orgânicas Inorgânicas exemplos exemplos • metano, CH4 • água • metanol, CH3OH • ácido clorídrico, HCl • etano, C2H6 • ácido bromídrico, HBr • etanol, CH3CH2OH • hidróxido de magnésio, Mg(OH)2 • benzeno, C6H6 • hidróxido de potássio, KOH • ácido acético, CH3COOH • Sulfato de bário, BaSO4 • acetona, CH3COCH3 • éter comum, CH3CH2OCH2CH3 • dióxido de carbono, CO2 • clorometano, CH3Cl • monóxido de carbono, CO • ácido carbônico, H2CO3 • diclorometano, CH2Cl2 • carbonato de sódio, Na2CO3 • clorofórmio, CHCl3 • carbonato de cálcio, CaCO3 • metilamina, CH3NH2 • ácido cianídrico, HCN • óleos, gorduras, proteínas, • cianeto de sódio, NaCN açucares e vitaminas • cianeto de potássio, KCN Exemplos • grafite, C (graf.)necessariamente que • diamante, C (diam.) Contêm CARBONO Não contêm CARBONO 5
    5. 5. 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. 6
    6. 6. Fatos Experimentais• Observe: 7
    7. 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
    8. 8. Conceitução de ácidos e bases Definição operacional ácidos e bases Ácidos Bases Sabor Sabor azedo adstringente Torna rósea Torna azul Tornassol Tornassol Reage com Reage com metais ácido formando liberando H2 sal e água 9
    9. 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 No NaOH No HCl gasoso HCl é umcomposto sólido há íons, não há cargas compostoiônico mas não estão livres para molecular livres para se conduzir a movimentar corrente elétrica 10
    10. 10. 11
    11. 11. 12
    12. 12. ExperiênciaConsidere a figura ao lado:Determine a cor que asolução de repolho roxoapresentará na presençade: a) suco de laranja; b) soda cáustica; c) soda limonada; d) leite de magnésia; e) vinagre; RESPOSTA f) Ajax. 13
    13. 13. Conceituação de ácidos e bases Conceito ácido-base de Arrhenius ... ácido é todo composto que, dissolvido em água, origina H + (H 3 O + ) como único cátion (o ânion varia deSegundo Arrhenius... ácido p/ ácido). Observe: H 2O HCl(g) H+(aq) + Cl -(aq) H 2O H2SO4(l) 2 H+(aq) + SO4-2(aq) H 2O H3PO4(l) 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
    14. 14. Conceitução de ácidos e bases Conceito ácido-base de ArrheniusAtualmente, 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+ H3O+átomo de hidrogênio cátion hidrogênio cátion (1 próton; 1 elétron) (1 próton) hidroxônio, ou hidrônio. + H+ O H H O H Nenhum elétron H H 15
    15. 15. Ácidos Fórmulas e nomenclaturas HIDRÁCIDOS (ácidos sem oxigênio)Ácido não-oxigenado (HxE): ÁCIDO (Radical do E) + ÍDRICO HCl : ácido clorídrico HI : ácido iodídrico Para ácidos do enxofre HBr : ácido bromídrico H2S : ácido sulfídrico usamos o radical em HF : ácido fluorídrico HCN : ácido cianídrico latim “sulfur”. 16
    16. 16. OXIÁCIDOS (Ácidos com Oxigênio) De acordo com o Nox do Elemento Central FÓRMULA GERAL HxEOzNox do Elemento PREFIXO SUFIXO Central +1 HIPO OSO +2, +3 ou +4 ___ OSO +5, +6 ___ ICO B(+3) e C(+4) +7 PER ICO 17
    17. 17. +1 +7 -2 H Cl O4 ác. perclórico +1 +5 -2 H Cl O3 ác. clórico +1 +3 -2 H Cl O2 ác. cloroso +1 +1 -2 H Cl OVIIA ( +7, +5, +3, +1) ác.Nox dos oxiácidos da família VIIA hipocloroso 18
    18. 18. Ácidos Fórmulas estruturais - Oxiácidos H2SO4 H3PO4 H2CO3 Ácido sulfúrico Ácido fosfóricoÁcido carbônico O H O OO O H O H C S P O H O O H O H O H Os hidrogênios ligados aos oxigênios, são ionizáveis. 19
    19. 19. Ácidos Ionização de ácidos H3PO4 O H OÁcido fosfórico P (3H+) H O O H H3PO3 H3PO2 Ácido fosforoso (2H+) Ácido hipofosforoso (1H+) O O H O O H P P H O H H H 20
    20. 20. Ionização parcial (em etapas) Ionização parcial (em etapas) Ionização parcial (em etapas)Quando um ácido possui mais de um H ionizável, ocorre aionização por etapas. Usando equações simplificadas:H2SO4(aq) → H+(aq) + HSO4-(aq) 1ª etapaHSO4-(aq) → H+(aq) + SO4-2(aq) 2ª etapaH2SO4(aq) → 2 H+(aq) + SO4-2(aq) equação global 21
    21. 21. Ionização parcial (em etapas) Ionização parcial (em etapas) Ionização parcial (em etapas)VEJA AS ETAPAS DA IONIZAÇÃO DO ÁCIDO FOSFÓRICO:H3PO4(aq) → H+(aq) + H2PO4-(aq) 1ª etapaH2PO4-(aq) → H+(aq) + HPO4-2(aq) 2ª etapaHPO4-2(aq) → H+(aq) + PO4-3(aq) 3ª etapaH3PO4(aq) → 3 H+(aq) + PO4-3(aq) equação global 22
    22. 22. Ácidos Ionização (classificação)Os ácidos podem ser classificadosquanto ao número de HidrogêniosIonizáveis: Monoácidos (HCl, HI, H 3 PO 2 ) Diácidos (H 2 SO 4 , H 2 S, H 3 PO 3 ) Triácidos (H 3 PO 4 , H 3 BO 3 , H 3 BO 3 ) Tetrácidos (H 4 P 2 O 7 ) 23
    23. 23. Ácidos Grau de ionizaçãoGrau de ionização de um ácido (α) é a relação entre onúmero de moléculas ionizadas e o número total demoléculas dissolvidas. 24
    24. 24. 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 dehidrogênio ionizáveis. 0 , fraco Ex.: HClO, H 4 SiO 4 HxEOy y-x 1 , moderado Ex.: H 3 PO 4 , HNO 2 2 , forte Ex.: H 2 SO 4 , HBrO 4 25
    25. 25. Ácidos Grau de ionização Ácido carbônico (H2CO3) ... 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. Ácido acético (H3CCOOH)... pode ser obtido a partir do álcool comum, o que acontece quando ovinho azeda. Esse ácido é o principal componente do vinagre e seráestudado com detalhes em Química Orgânica. 26
    26. 26. Vamos Praticar1. Associe corretamente as duas colunas: (1) — H2SO4 (A) hidrácido, monoácido, forte (2) — HI (B) hidrácido, diácido, fraco (3) — HNO2 (C) oxiácido, monoácido, forte (D) oxiácido, diácido, forte (4) — HClO4 (E) oxiácido, monoácido, semiforte (5) — H2S RESPOSTA 27
    27. 27. Vamos Praticar2. (UFCE) O esquema a seguir mostra a aparelhagem que podeser utilizada para testar a força dos ácidos:Em qual das soluções, todas com mesma concentração etemperatura, a lâmpada apresenta maior brilho? a) HF b) H2S c) H3PO4 d) H4SiO4 e) HNO3 RESPOSTA 28
    28. 28. Vamos Praticar3. (Cesgranrio-RJ — mod.) Com base na tabela de graus deionização apresentada a seguir, indique a ordem crescente da forçados ácidos. HCN < HF < H3PO4 < H2SO4 < HCl RESPOSTA 29
    29. 29. Principais ácidos e suas aplicações Gravações em vidro de carroNas condições ambientes, é um gásincolor que tem a característica decorroer o vidro, quando em soluçãoaquosa. É usado para fazer gravaçõesem cristais e vidros.O ácido clorídrico consiste no gás cloretode hidrogênio dissolvido em água. Quandoimpuro, é vendido no comércio com onome de ácido muriático, sendo usadoprincipalmente na limpeza de pisos e desuperfícies metálicas antes do processode soldagem. 30
    30. 30. Principais ácidos e suas aplicações Ao pressentirem o perigo,É um gás venenoso, incolor, formado certos animais, como o gambá ena putrefação de substâncias a maritaca, liberam umaorgânicas naturais que contenham mistura de substâncias de odorenxofre, sendo responsável em grande desagradável, entre as quais oparte pelo cheiro de ovo podre. H 2 S. As folhas de mandioca, apesar de É o nome com que se indica uma solução venenosas, podem ser utilizadas aquosa do gás cianídrico, que é incolor, com como alimento para o gado. amêndoas cheiro característico de Quando deixadas ao sol, liberam o gás amargas. Por ser muito venenoso, esse gás cianídrico, nas execuções em câmara de é utilizado tornando-se, assim, apropriadas para o consumo. gás. 31
    31. 31. 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 atmosféricocombina-se com a água da chuva, formando oH2CO3, mesmo em ambientes não poluídos, oque nos leva a concluir que toda chuva éácida. O gás carbônico é um dos constituintes dosrefrigerantes e das águas minerais gaseificadas. 32
    32. 32. Principais ácidos e suas aplicaçõesÉ um líquido incolor, de cheirocaracterístico, e o principal componentedo vinagre, que é uma solução aquosaque 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). 33
    33. 33. Principais ácidos e suas aplicaçõesDepois do ácido sulfúrico, o ácido nítrico é o mais fabricado econsumido na indústria. À temperatura ambiente, é um líquido incolore fumegante (volátil). Ataca com violência os tecidos animais evegetais, 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 àfabricação de explosivos (TNT, nitroglicerina). 34
    34. 34. 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 indicadordo caráter ácido (pH entre 0 e 7) ou básico (pH entre 7 e 14) dediferentes soluções. Misturando-se um pouco de suco de repolho eda solução, a mistura passa a apresentar diferentes cores,segundo sua natureza ácida ou básica, de acordo com a escalaabaixo.Algumas soluções foram testadas com esse indicador, produzindo osseguintes resultados: 35
    35. 35. Vamos Praticar RESPOSTA1) De acordo com esses resultados, 2) Utilizando-se o indicador citado em as soluções I, II, III e IV têm, sucos de abacaxi e de limão, pode-se respectivamente, caráter: esperar como resultado as cores:a) ácido, básico, básico, ácido. a) rosa ou amarelob) ácido, básico, ácido, básico. b) vermelho ou roxoc) básico, ácido, básico, ácido. c) verde ou vermelhod) ácido, ácido, básico, básico. d) rosa ou vermelhoe) básico, básico, ácido, ácido. e) roxo ou azul 36
    36. 36. Vamos Praticar(UECE) O sistema a seguir mostra a ocorrência de reação químicaentre um ácido e um metal, com liberação do gás X. • O2 • Cl2 • O3 • H2 RESPOSTA 37
    37. 37. Conceituação de ácidos e bases Conceito ácido-base de Arrhenius ... Base é todo composto que, dissolvidoSegundo Arrhenius... em água, origina OH - como único ânion (o cátion varia de base para base). Observe: H2 O NaOH(s) Na+(aq) + OH -(aq) H2O Ca(OH)2(s) Ca2+(aq) + 2OH-(aq) H2 O Al(OH)3(s) Al3+(aq) + 3OH-(aq) Hidróxido de sódio sólido se dissolve em água produzindo íons Na+ e OH- em solução aquosa 38
    38. 38. Bases Fórmulas e nomenclaturas nome do Carga HIDRÓXIDO de + element + elétrica do o elementoNaOH : 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 - A carga elétrica do elemento só é usado quando ele apresentar mais de um e deve ser escrito em algarismos romanos. - O NH4+ é o cátion amônio. 39
    39. 39. Bases Fórmulas e nomenclaturasApesar 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)2 : hidróxido ser classificadas de acordo com o número As bases podem ferroso. Fe(OH)3 : hidróxido férrico. de hidroxilas presentes em suas fórmulas. Exemplo:CuOH : hidróxido cuproso. • monobases: NaOH, KOH, NH4OH Cu(OH)2 : hidróxido cúprico. • dibases: Ca(OH)2, Fe(OH)2AuOH : hidróxido auroso. Au(OH)3 : hidróxido áurico. • tribases: Al(OH)3, Fe(OH)3, • etcSn(OH) : hidróxido estanoso. 2 Sn(OH) : hidróxido estânico. 4 40
    40. 40. BasesSaiba mais 41
    41. 41. Bases Amônia (NH3): uma base diferente Hidroxila – íon característicoAmônia (molécula) Amônio (íon positivo) das bases Nas condições ambientes é um Não confunda amônia gás de cheiro forte com amônio! e irritante 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. 42
    42. 42. 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,(*) Os hidróxidos de metaispela não sejam alcalinosconsiderada pode ser representada que fórmula NH4OH e nem alcalinos como uma monobaseterrosos apresentam um caráter covalente bastante acentuado. 43
    43. 43. Principais bases e suas aplicaçõesHidróxido de sódio. Comercialmente(impuro) é conhecido por soda cáustica.Usado na fabricação de sabões, éaltamente corrosivo.Conhecido por cal extinta ou apagada,o hidróxido de cálcio é comumenteusado na construção civil (preparaçãode argamassa). 44
    44. 44. Principais bases e suas aplicaçõesUsado como antiácido estomacal e laxante suaveo hidróxido de magnésio é conhecido por “leitede magnésia”, quando em suspensão aquosa. Hidróxido de amônio. Obtido pela dissolução da amônia (NH3) em água, o chamado amoníaco é usado em alguns produtos de limpeza. 45
    45. 45. Vamos Praticar(FMU/Fiam-SP) Para combater a acidez estomacal causada peloexcesso de ácido clorídrico, costuma-se ingerir um antiácido. Dassubstâncias abaixo, encontradas no cotidiano das pessoas, a maisindicada para combater a acidez é: a) refrigerante b) suco de laranja c) água com limão d) vinagre e) leite de magnésia RESPOSTA 46
    46. 46. Vamos Praticar(FUA-AM) Analise a alternativa correta que indica uma dassubstâncias ativas contidas no medicamento “aziran”, usado paraneutralizar a hiperacidez estomacal: a) Hidróxido de sódio b) Ácido clorídrico c) Ácido sulfúrico d) Hidróxido de alumínio e) Ácido cítrico RESPOST A 47
    47. 47. O ácido sulfúrico é fabricado a partir das matérias-primas enxofre mineral, oxigênio do ar e água. S(s) + O2(g) SO2(g) catalisador SO2(g) + ½ O2(g) SO3(g) SO3(g) + H2O (l) H2SO4(aq)O catalisador, indicado na 2ª. etapa, aumenta a velocidadeda reação, tornando-a puro, apresenta-se Quando industrialmente viável. O catalizadorusado para esta reaçãolíquido incolor, oleoso, como um é platina (Pt) com pentóxido de bastante denso (d=1,84 g/cm3) edivanádio (V2O5) de alto ponto de ebulição (338oC) 48
    48. 48. O ácido nítrico, HNO3, é obtido industrialmente a partir do oxigênio e do nitrogênio do ar (ou da amônia) e da água. faísca N2(g) + O2(g) 2 NO(g)OU elétrica Pt 4NH3(g) + 5O2(g) 4 NO(g) + 6H2O(g)A platina o NO como catalisadorNO21ª. este, por reação a reaçãoA seguir atua é convertido em na , e etapa, tornando com água,suficientemente rápida para ter utilidade industrial.produz o HNO3 2NO(g) + O2(g) 2 NO2(g) 2NO2(g) + H2O (l) HNO2(aq) + HNO3(aq) 49
    49. 49. De Olho no Vestibular(Mackenzie-SP) A partir da pirita, minério também chamado deouro dos tolos, pode-se obter ácido sulfúrico pelo processorepresentado nas etapas abaixo:4 FeS2 + 11 O2  2 Fe2O3 + 8 SO2 V2O52 SO2 + A  2 SO3SO3 + B  H2SO4Nesse processo, as substâncias A e B são, respectivamente: • H2 e O2 Resolução V2O5 • SO2 e H2S 2SO2 + O2  2SO3 SO3 + H2O  H2SO4 • O2 e H2O A = O2 • SO2 e H2O B = H 2O RESPOSTA • O3 e H2 50
    50. 50. De Olho no Vestibular(FUNVEST) Ácido nítrico é produzido pela oxidação de amônia comexcesso de oxigênio, sobre um catalisador de platina, em umaseqüência de reações exotérmicas. Um esquema simplificadodesse processo é (a)Escreva as equações químicas balanceadas das a) No reator: (Pt) 4NH3(g) que ocorrem4NO(g) + 6H2O(g) de oxidação reações + 5O (g) → no reator, na torre 2 e na torre torre de oxidação, que, desta última, sai b) Na de oxidação: Note o NO é convertido de absorção. Na torre NO(g), nelaDe a NO2 gerado.2NO (g) parte desse gás é A maior 2NO(g) + .O2naacordo com o enunciado, uma em aproveitada (g)própria torre, onde há oxigênio → 2 vez que a velocidade dessa conversãonessa Na torre Duas reações principais ocorrem excesso. de absorção: 2NO2(g) + H2O(l) → HNO3(aq) temperatura, o diminui com o aumento da + HNO (aq) torre. 2 dispositivo A deve ser que sistema de b) A velocidade da reação um ocorre na torre de 3HNO2(aq) → HNO3(aq) + 2NO(g) + H2O(g) oxidação, ao contrário da velocidadepara refrigeração (trocador de calor), da maioria das Uma parte do NO(g) é aproveitada na própria reações químicas, diminui com o aumento da aumentar a rapidez do processo. torre: temperatura. Baseando-se em tal informação, 2NO(g) + O2(g) → 2NO2(g) explique o que deve ser o dispositivo A. RESPOSTA (A) RESPOSTA (B) 51
    51. 51. Cenas dos próximos capítulos 52
    52. 52. Créditos Prof. Augusto Sérgio Químico – UFBAaugustosergio@uol.com.br Prof. Nelson VirgilioEngenheiro Químico – UFBA nelsonvcf@hotmail.com 53

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