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21. ácidos e bases

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  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 laboratório e no mundo cotidiano. Precisamos saber como reconhecê-los, quais são as suas reações caracteristicas e por que eles são 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 da água 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. 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 um composto sólido há íons, não há cargas composto iônico mas não estão livres para molecular livres para se conduzir a movimentar corrente elétrica 10
  10. 10. 11
  11. 11. 12
  12. 12. 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; 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 de Segundo 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 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+ 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 HxEOz Nox 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 O VIIA ( +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 fosfórico Ácido carbônico O H O O O 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 O Ácido 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 a ionização por etapas. Usando equações simplificadas: H2SO4(aq) → H+(aq) + HSO4-(aq) 1ª etapa HSO4-(aq) → H+(aq) + SO4-2(aq) 2ª etapa H2SO4(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 etapa H2PO4-(aq) → H+(aq) + HPO4-2(aq) 2ª etapa HPO4-2(aq) → H+(aq) + PO4-3(aq) 3ª etapa H3PO4(aq) → 3 H+(aq) + PO4-3(aq) equação global 22
  22. 22. Ácidos Ionização (classificação) Os ácidos podem ser classificados quanto ao número de Hidrogênios Ionizáveis: 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 ionização Grau de ionização de um ácido (α) é a relação entre o número de moléculas ionizadas e o número total de moléculas 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 de hidrogênio 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 o vinho azeda. Esse ácido é o principal componente do vinagre e será estudado com detalhes em Química Orgânica. 26
  26. 26. Vamos Praticar 1. 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 Praticar 2. (UFCE) 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? a) HF b) H2S c) H3PO4 d) H4SiO4 e) HNO3 RESPOSTA 28
  28. 28. Vamos Praticar 3. (Cesgranrio-RJ — mod.) Com base na tabela de graus de ionização apresentada a seguir, indique a ordem crescente da força dos ácidos. HCN < HF < H3PO4 < H2SO4 < HCl RESPOSTA 29
  29. 29. 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. 30
  30. 30. Principais ácidos e suas aplicações Ao pressentirem o perigo, É um gás venenoso, incolor, formado certos animais, como o gambá e na putrefação de substâncias a maritaca, liberam uma orgânicas naturais que contenham mistura de substâncias de odor enxofre, sendo responsável em grande desagradável, entre as quais o parte 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 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. 32
  32. 32. 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). 33
  33. 33. 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). 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 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: 35
  35. 35. Vamos Praticar RESPOSTA 1) 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 amarelo b) ácido, básico, ácido, básico. b) vermelho ou roxo c) básico, ácido, básico, ácido. c) verde ou vermelho d) ácido, ácido, básico, básico. d) rosa ou vermelho e) básico, básico, ácido, ácido. e) roxo ou azul 36
  36. 36. Vamos Praticar (UECE) O sistema a seguir mostra a ocorrência de reação química entre 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, dissolvido Segundo 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 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 - 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 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)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)2 AuOH : hidróxido auroso. Au(OH)3 : hidróxido áurico. • tribases: Al(OH)3, Fe(OH)3, • etc Sn(OH) : hidróxido estanoso. 2 Sn(OH) : hidróxido estânico. 4 40
  40. 40. Bases Saiba mais 41
  41. 41. Bases Amônia (NH3): uma base diferente Hidroxila – íon característico Amônia (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 monobase terrosos apresentam um caráter covalente bastante acentuado. 43
  43. 43. 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). 44
  44. 44. 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 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 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 46
  46. 46. 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 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 velocidade da reação, tornando-a puro, apresenta-se Quando industrialmente viável. O catalizador usado para esta reaçãolíquido incolor, oleoso, como um é platina (Pt) com pentóxido de bastante denso (d=1,84 g/cm3) e divanádio (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 reação A 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 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: • 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 com excesso de oxigênio, sobre um catalisador de platina, em uma seqüência de reações exotérmicas. Um esquema simplificado desse 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 – UFBA augustosergio@uol.com.br Prof. Nelson Virgilio Engenheiro Químico – UFBA nelsonvcf@hotmail.com 53

Notas do Editor

  • 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

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