1) O documento introduz conceitos sobre ácidos e bases, incluindo as definições de Arrhenius e a classificação de ácidos de acordo com o número de hidrogênios ionizáveis. 2) São descritas as principais diferenças entre ácidos hidrácidos e oxiácidos, assim como suas nomenclaturas e fórmulas estruturais. 3) Exemplos ilustram como o grau de ionização determina a força relativa de diferentes ácidos.

2. Índice

3. 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 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. 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. Ficha Técnica

4. 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

5. Podem ser Exemplos que necessariamente exemplos exemplos Substâncias Orgânicas Inorgânicas metano, CH 4 metanol, CH 3 OH etano, C 2 H 6 etanol, CH 3 CH 2 OH benzeno, C 6 H 6 ácido acético, CH 3 COOH acetona, CH 3 COCH 3 éter comum, CH 3 CH 2 OCH 2 CH 3 clorometano, CH 3 Cl diclorometano, CH 2 Cl 2 clorofórmio, CHCl 3 metilamina, CH 3 NH 2 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, BaSO 4 dióxido de carbono, CO 2 monóxido de carbono, CO ácido carbônico, H 2 CO 3 carbonato de sódio, Na 2 CO 3 carbonato de cálcio, CaCO 3 ácido cianídrico, HCN cianeto de sódio, NaCN cianeto de potássio, KCN grafite, C (graf.) diamante, C (diam.) Contêm CARBONO Não contêm CARBONO Substâncias orgânicas x inorgânicas

6. Observe: Fatos Experimentais

7. 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. Indicadores Ácido-Base

8. Indicadores de Laboratório: O tornossol é extraído de certos liquens. Liquens são formas de vida formadas pela associação entre algas e fungos. Indicadores Ácido-Base

9. Ácidos Bases Sabor azedo Sabor adstringente Torna rósea Tornassol Torna azul Tornassol Reage com metais liberando H 2 Reage com ácido formando sal e água Conceitução de ácidos e bases Definição operacional ácidos e bases

10. 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 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?

13. Considere a figura ao lado: Determine a cor que a solução de repolho roxo apresentará na presença de: suco de laranja; soda cáustica; soda limonada; leite de magnésia; vinagre; Ajax. Experiência RESPOSTA

14. Segundo Arrhenius... HCl(g) H + (aq) + Cl - (aq) H 2 SO 4 (l) 2 H + (aq) + SO 4 -2 (aq) H 3 PO 4 (l) 3 H + (aq) + PO 4 -3 (aq) Observe: H 2 O H 2 O H 2 O ... ácido é todo composto que, dissolvido em água, origina H + (H 3 O + ) 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 Conceituação de ácidos e bases Conceito ácido-base de Arrhenius

15. H átomo de hidrogênio (1 próton; 1 elétron) perde o elétron... H + cátion hidrogênio (1 próton) une-se à água... H 3 O + cátion hidroxônio, ou hidrônio. O H H H + H + O H H Nenhum elétron Atualmente, sabemos que o íon H + não é estável. Ele se une a uma molécula de água, originando o H 3 O + (hidroxônio ou hidrônio). Conceitução de ácidos e bases Conceito ácido-base de Arrhenius

16. HIDRÁCIDOS (ácidos sem oxigênio) HCl : ácido clor ídrico HBr : ácido brom ídrico H 2 S : ácido sulf ídrico HF : ácido fluor ídrico HCN : ácido cian ídrico HI : ácido iod ídrico Ácido não-oxigenado (H x E): ÁCIDO (Radical do E) + ÍDRICO Ácidos Fórmulas e nomenclaturas Para ácidos do enxofre usamos o radical em latim “sulfur”.

17. OXIÁCIDOS (ácidos com oxigênio) +7 +6 +5 +2 +3 +4 +1 Ácidos Fórmulas e nomenclaturas H Br O 4 +1 -2 ác. per brôm ico +7 H Br O 3 +1 -2 ác. brôm ico +5 H Br O 2 +1 -2 ác. brom oso +3 H Br O +1 -2 ác. hipo brom oso +1 ÁCIDO (radical de E) + ICO (+ oxigênio) OSO (- oxigênio)

18. H 2 CO 3 Ácido carbônico C O O O H H H 2 SO 4 Ácido sulfúrico S O O O H H H 3 PO 4 Ácido fosfórico O P O O O H H O H Essas ligações são consideradas por alguns autores, como “dativas”. Ácidos Fórmulas estruturais - Oxiácidos Escrever o símbolo do elemento que esta no centro a fórmula molecular. Colocar um “O” entre cada “H” capaz de se ionizar (hidrogênio ionizável) e o elemento central. Ligar os “O” restantes, se houver, ao elemento central Obs.: Havendo hidrogênios não-ionizáveis, eles devem ser ligados ao elemento central. Isso ocorre no H 3 PO 3 e no H 3 PO 2

19. Os átomos de hidrogênio que aparecem na fórmula de um ácido e podem ser liberados como H + (H 3 O + ) são chamados de hidrogênios ionizáveis . Como regra geral, todos os H presentes na fórmula de um ácido são ionizáveis. Exceções H 3 PO 4 Ácido fosfórico P O O O H H O H H 3 PO 3 Ácido fosforoso (2H + ) P O O O H H H H 3 PO 2 Ácido hipofosforoso (1H + ) P O O H H H Ácidos Ionização de ácidos

20. Quando um ácido possui mais de um H ionizável , ocorre a ionização por etapas. Usando equações simplificadas: H 2 SO 4 (aq) = 2 H + (aq) + SO 4 -2 (aq) H 2 SO 4 (aq) = H + (aq) + HSO 4 - (aq) 1ª etapa HSO 4 - (aq) = H + (aq) + SO 4 -2 (aq) 2ª etapa equação global H 3 PO 4 (aq) = 3 H + (aq) + PO 4 -3 (aq) H 3 PO 4 (aq) = H + (aq) + H 2 PO 4 - (aq) 1ª etapa H 2 PO 4 - (aq) = H + (aq) + HPO 4 -2 (aq) 2ª etapa HPO 4 -2 (aq) = H + (aq) + PO 4 -3 (aq) 3ª etapa equação global Ácidos Ionização parcial (em etapas)

21. 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 2 ) Tetrácidos (H 4 P 2 O 7 ) Ácidos Ionização (classificação)

22. Grau de ionização de um ácido (α) é a relação entre o número de moléculas ionizadas e o número total de moléculas dissolvidas. Ácidos Grau de ionização

23. 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 1 , moderado Ex.: H 3 PO 4 , HNO 2 2 , forte Ex.: H 2 SO 4 , HBrO 4 y-x H x EO y Ácidos Grau de ionização

24. Exceções Ácido carbônico (H 2 CO 3 ) Ácido acético (H 3 CCOOH) ... 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. Ácidos Grau de ionização

25. (1) — H 2 SO 4 (2) — HI (3) — HNO 2 (4) — HClO 4 (5) — H 2 S (A) hidrácido, monoácido, forte (B) hidrácido, diácido, fraco (C) oxiácido, monoácido, forte (D) oxiácido, diácido, forte (E) oxiácido, monoácido, semiforte 1. Associe corretamente as duas colunas: RESPOSTA Vamos Praticar

26. a) HF b) H 2 S c) H 3 PO 4 d) H 4 SiO 4 e) HNO 3 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? RESPOSTA Vamos Praticar

27. HCN < HF < H 3 PO 4 < H 2 SO 4 < HCl 3. (Cesgranrio-RJ — mod.) Com base na tabela de graus de ionização apresentada a seguir, indique a ordem crescente da força dos ácidos. RESPOSTA Vamos Praticar

28. 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. Principais ácidos e suas aplicações Gravações em vidro de carro

29. 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 H 2 S. 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. Principais ácidos e suas aplicações

30. O gás carbônico presente no ar atmosférico combina-se com a água da chuva, formando o H 2 CO 3 , 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. 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). Principais ácidos e suas aplicações

31. 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). Principais ácidos e suas aplicações

32. 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). Principais ácidos e suas aplicações

33. (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. Vamos Praticar Algumas soluções foram testadas com esse indicador, produzindo os seguintes resultados:

34. 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 amarelo b) vermelho ou roxo c) verde ou vermelho d) rosa ou vermelho e) roxo ou azul RESPOSTA Vamos Praticar

35. O 2 Cl 2 O 3 H 2 (UECE) O sistema a seguir mostra a ocorrência de reação química entre um ácido e um metal, com liberação do gás X. RESPOSTA Vamos Praticar

36. Segundo Arrhenius... Observe: NaOH(s) Na + (aq) + OH - (aq) Ca(OH) 2 (s) Ca 2+ (aq) + 2OH - (aq) Al(OH) 3 (s) Al 3+ (aq) + 3OH - (aq) H 2 O H 2 O H 2 O ... Base é todo composto que, dissolvido em água, origina OH - como único ânion (o cátion varia de base para base). Hidróxido de sódio sólido se dissolve em água produzindo íons Na + e OH - em solução aquosa Conceituação de ácidos e bases Conceito ácido-base de Arrhenius

37. HIDRÓXIDO de + nome do elemento + Nox do elemento 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) NH 4 OH : hidróxido de amônio - O nox do elemento só é usado quando ele apresentar mais de um e deve ser escrito em algarismos romanos. - O NH 4 + é o cátion amônio. Bases Fórmulas e nomenclaturas

38. Apesar de menos usada atualmente, existe a nomenclatura dos sufixos : Lembre-se da nomenclatura dos oxiácidos! Fe(OH) 2 : hidróxido ferr oso . Fe(OH) 3 : hidróxido férr ico . CuOH : hidróxido cupr oso . Cu(OH) 2 : hidróxido cúpr ico . AuOH : hidróxido aur oso . Au(OH) 3 : hidróxido áur ico . Sn(OH) 2 : hidróxido estan oso . Sn(OH) 4 : hidróxido estân 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 Bases Fórmulas e nomenclaturas Nox menor: Hidróxido (elemento) + OSO Nox maior: Hidróxido (elemento) + ICO

39. Colocar foto pag. 357 Bases Saiba mais

40. 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 Bases Amônia (NH 3 ): uma base diferente Hidroxila – íon característico das bases Não confunda amônia com amônio!

41. (*) Os hidróxidos de metais que não sejam alcalinos nem alcalinos terrosos apresentam um caráter covalente bastante acentuado. 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 NH 4 OH e considerada como uma monobase Bases Dissociação iônica: bases de metais e ionização da amônia

42. 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. Principais bases e suas aplicações

43. Hidróxido de amônia . Obtido pela dissolução da amônia (NH 3 ) 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. Principais bases e suas aplicações amoníaco

44. Bases Ciclo do Nitrogênio

45. 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. Escala de pH

46. refrigerante suco de laranja água com limão vinagre leite de magnésia (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 Vamos Praticar

47. Hidróxido de sódio Ácido clorídrico Ácido sulfúrico Hidróxido de alumínio Ácido cítrico (FUA-AM) Analise a alternativa correta que indica uma das substâncias ativas contidas no medicamento “aziran”, usado para neutralizar a hiperacidez estomacal: RESPOSTA Vamos Praticar

48. O ácido sulfúrico é fabricado a partir das matérias-primas enxofre mineral, oxigênio do ar e água. S (s) + O 2(g) SO 2(g) SO 2(g) + ½ O 2(g) SO 3(g) SO 3(g) + H 2 O (l) H 2 SO 4(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 (V 2 O 5 ) Quando puro, apresenta-se como um líquido incolor, oleoso, bastante denso (d=1,84 g/cm 3 ) e de alto ponto de ebulição (338 o C)

49. O ácido nítrico, HNO 3 , é obtido industrialmente a partir do oxigênio e do nitrogênio do ar (ou da amônia) e da água. N 2(g) + O 2(g) 2 NO (g) faísca elétrica 4NH 3(g) + 5O 2(g) 4 NO (g) + 6H 2 O (g) Pt OU A seguir o NO é convertido em NO 2 , e este, por reação com água, produz o HNO 3 2NO (g) + O 2(g) 2 NO 2(g) 2NO 2(g) + HO 2(l) HNO 2(aq) + HNO 3(aq) A platina atua como catalisador na 1ª. etapa, tornando a reação suficientemente rápida para ter utilidade industrial.

50. H 2 e O 2 SO 2 e H 2 S O 2 e H 2 O SO 2 e H 2 O O 3 e H 2 Resolução V 2 O 5 2SO 2 + O 2  2SO 3 SO 3 + H 2 O  H 2 SO 4 A = O 2 B = H 2 O (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 FeS 2 + 11 O 2  2 Fe 2 O 3 + 8 SO 2 V 2 O 5 2 SO 2 + A  2 SO 3 SO 3 + B  H 2 SO 4 Nesse processo, as substâncias A e B são, respectivamente: RESPOSTA De Olho no Vestibular

51. a) Escreva as equações químicas balanceadas das reações que ocorrem no reator, na torre de oxidação e na torre de absorção. Note que, desta última, sai NO(g), nela gerado. A maior parte desse gás é aproveitada na própria torre, onde há oxigênio em excesso. Duas reações principais ocorrem nessa torre. b) A velocidade da reação que ocorre na torre de oxidação, ao contrário da velocidade da maioria das reações químicas, diminui com o aumento da temperatura. Baseando-se em tal informação, explique o que deve ser o dispositivo A. (a) No reator: (Pt) 4NH 3 (g) + 5O 2 (g) -> 4NO(g) + 6H 2 O(g) Na torre de oxidação : 2NO(g) + O 2 (g) -> 2NO 2 (g) Na torre de absorção: 2NO 2 (g) + H 2 O(l) -> HNO 3 (aq) + HNO 2 (aq) 3HNO 2 (aq) -> HNO 3 (aq) + 2NO(g) + H 2 O(g) Uma parte do NO(g) é aproveitada na própria torre: 2NO(g) + O 2 (g) -> 2NO 2 (g) b) Na torre de oxidação, o NO é convertido a NO 2 . De acordo com o enunciado, uma vez que a velocidade dessa conversão diminui com o aumento da temperatura, o dispositivo A deve ser um sistema de refrigeração (trocador de calor), para aumentar a rapidez do processo. (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 RESPOSTA (A) De Olho no Vestibular RESPOSTA (B)

52. Cenas dos próximos capítulos

53. Produzido por: Prof. Nelson Virgilio Engenheiro Químico – UFBA [email_address] Blog: http://ensinodigital.blogspot.com Créditos