FUNÇÕES QUÍMICAS TABELA DOS PRINCIPAIS CÁTIONS. Monovalentes Divalentes Trivalentes Tetravalentes

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1 1 FUNÇÕES QUÍMICAS 1 Introdução Nas ligações vimos que os átomos se combinam para formarem as substâncias químicas, que podem ser iônicas, moleculares ou metálicas. Essas substâncias são classificadas em orgânicas ou inorgânicas de acordo com a presença ou não do elemento químico carbono. s compostos que apresentam o elemento químico carbono, como o metano (CH 4 ), álcool etílico (C 2 H 5 H), sacarose (C ) e outros, são classificados como orgânicos e estudados na química orgânica. s compostos formados pelos demais elementos químicos, como a água ( ), ácido sulfúrico ( S 4 ), hidróxido de sódio (NaH), óxido de cálcio (Ca), e outros, são classificados como inorgânicos e são estudados na química inorgânica. bs.: os compostos, como C, C 2 C 3, Na 2 C 3 e outros, contém carbono mas são estudados na química inorgânica. número de substâncias conhecidas atualmente é muito grande e para facilitar o seu estudo se faz necessário classificálas em grupos de acordo com suas propriedades químicas. De acordo com suas propriedades químicas os compostos são classificados em grupos ou funções químicas. Função química é um conjunto de substâncias que apresentam propriedades químicas semelhantes. Na química inorgânica temos quatro principais funções químicas, que são: ácido, base, sal e óxido. A nomenclatura e formulação dessas funções serão feitas através da tabela de cátions e ânions. TABELA DS PRINCIPAIS CÁTINS Monovalentes Divalentes Trivalentes Tetravalentes H + hidrogênio Mg 2+ magnésio Al 3+ alumínio Li + lítio Ca 2+ cálcio Bi 3+ bismuto Na + sódio Sr 2+ estrôncio B 3+ boro K + potássio Ba 2+ bário Cr 3+ cromo Rb + rubídio Ra 2+ rádio Cs + césio Cd 2+ cádmio Ag + prata Zn 2+ zinco NH + 4 amônio Cu + cobre I Cu 2+ cobre II Au + ouro I Au 3+ ouro III Hg 2+ 2 mercúrio I Hg 2+ mercúrio II Fe 2+ ferro II Fe 3+ ferro III Ni 2+ níquel II Ni 3+ níquel III Co 2+ cobalto II Co 3+ cobalto III Sn 2+ estanho II Sn 4+ estanho IV Pb 2+ chumbo II Pb 4+ chumbo IV Mn 2+ manganês II Mn 4+ manganês IV Pt 2+ platina II Pt 4+ platina IV bs.: Quando um elemento formar cátions com números de cargas diferentes, costumase utilizar o sufixo S para o cátion de menor número de carga e o sufixo IC para o de maior número de carga.

2 2 TABELA DS PRINCIPAIS ÂNINS Monovalentes Bivalentes Trivalentes Tetravalentes H hidreto 2 óxido N 3 nitreto [Fe(CN) 6 ] 4 ferrocianeto H hidróxido S 2 sulfeto 3 P 4 (orto)fosfato 4 Si 4 ortossilicato F fluoreto 2 S 3 sulfito 3 B 3 borato 4 P 2 7 pirofosfato Cl cloreto 2 S 4 sulfato 3 As3 arsenito 4 As2 7 piroarseniato Br brometo 2 S 2 3 tiossulfato 3 As4 arseniato 4 Sb2 7 piroantimoniato I iodeto 2 C 3 carbonato 3 Sb3 antimonito CN cianeto 2 Cr 4 cromato 3 Sb4 antimoniato Cl hipoclorito 2 Cr 2 7 dicromato [Fe(CN)6 ] 3 ferricianeto Cl 2 clorito 2 Si 3 metassilicato Cl 3 clorato 2 HP 3 fosfito Cl 4 perclorato 2 Mn 4 manganato Br hipobromito Br 3 bromato I hipoiodito I 3 I 4 iodato periodato N 2 nitrito N 3 nitrato CN cianato Mn 4 permanganato P 2 hipofosfito P 3 metafosfato H 3 CC acetato 2 Estudo dos Ácidos 2.1 Conceito de Arrhenius. Ácido é toda substância que em água se ioniza produzindo como cátion somente o íon H +. íon H + é responsável pelas propriedades que caracterizam os ácidos, e que veremos posteriormente. bs.: átomo de hidrogênio que, em solução aquosa, se transforma em H + é denominado de hidrogênio ionizável ou hidrogênio ácido. Equações de ionização: a) HCl H + + Cl b) HCN H + + CN c) S 4 2H + + S 2 4 d) H 3 P 4 H + + P e) H 4 Si 4 4H + + Si 4 4

3 3 f) HN 3 g) Cr 4 h) H 3 B 3 { + H 3 P água 4 3 H P 4 3 H H 3 + H 3 P H P 4 e) ionização do H 4 Si 4 3 i) H 4 P 2 7 conceito de ácido segundo Arrhenius, deveria ser alterado pois sabese, atualmente, que o íon H + não existe livre em solução aquosa e sim na forma de íon H 3 + (hidrônio ou hidroxônio), conforme equação: H + + H 3 + { + H 4 Si água 4 4 H Si 4 4 H H 3 + H 4 Si H Si 4 f) ionização do HN 3 4 g) ionização do Cr 4 Então, as equações de ionização acima seriam melhor representadas por: a) ionização do HCl. { + HCl água H+ + Cl H + + H 3 + HCl + H Cl h) ionização do H 3 B 3 i) ionização do H 4 P 2 7 b) ionização do HCN { + HCN água H+ + CN H + + H 3 + HCN + H CN c) ionização do S 4 { + S água 4 2 H S 4 2 H H 3 + S H S 4 bservação: Quando um ácido apresenta dois ou mais de hidrogênios ionizáveis, sua ionização se dará por etapas, ou seja, a liberação destes não ocorre de forma direta e sim em etapas. a) ionização em etapas do S 4 +{ S água 4 H + + HS 4 ( 1 a etapa) HS água 4 H S 4 ( 2a etapa) S 4 água 2 H S 4 (total) d) ionização do H 3 P 4 ou

4 { + S 4 + H HS 4 ( 1 a etapa) HS 4 + H S 4 ( 2a etapa) H 2 S H S 4 (total) b) ionização em etapas do S c) ionização do em etapas do H 3 P Classificação dos ácidos A classificação dos ácidos pode ser: a) Quanto à volatilidade. s ácidos, sendo todos compostos moleculares, podem ser encontrados no estado sólido (H 3 B 3 ), líquido ( S 4 ) ou gasoso (HCl), nas condições ambientes. s ácidos que apresentam pontos de e bulição elevados como S 4 (340 o C) e H 3 P 4 (220 o C) são considerados fixos. s que apresentam pontos de ebulição baixos, como HN 3 (86 o C) e os gasosos como HCl, HCN, e outros, são considerados voláteis. Diácidos: são ácidos que apresentam dois hidrogênios ionizáveis por molécula. S, S 4, Mn 4, H 3 P 3. Triácidos: são ácidos que apresentam três hidrogênios ionizáveis por molécula. H 3 P 4, H 3 As 4. Tretrácidos: são ácidos que apresentam quatro hidrogênios ionizáveis por molécula. H 4 P 2 7, H 4 [Fe(CN) 6 ]. Nos hidrácidos todos os hidrogênios são ionizáveis e para os oxiácidos, são ionizáveis os hidrogênios ligados a átomos de oxigênio. d) Quanto ao grau de ionização (força). Grau de ionização ( ) de um ácido é a relação entre o número de moléculas ionizadas (n i ) pelo número total de moléculas dissolvidas (n d ). Exemplo: Para o HCl, a cada 100 moléculas dissolvidas, 92 se ionizam. Logo, 4 b) Quanto a presença ou não de oxigênio. Hidrácidos: são ácidos que não apresentam oxigênio na molécula. HCl, HBr, S, HCN. xiácidos: são ácidos que apresentam oxigênio na molécula. HN 3, S 4, H 3 P 4, C 3. c) Quanto ao número de hidrogênios ionizáveis ou hidrogênios ácidos. Monoácidos: são ácidos que apresentam apenas um hidrogênio ionizável por molécula. HCl, HBr, HN 3, HCN, H 3 P 2. grau de ionização ( ) normalmente é expresso em percentagem, por isso o do HCl é igual a 92%. De acordo com o grau de ionização dos ácidos, podemos classificálos em: Ácidos Fortes: são ácidos que apresentam 50%. HI ( = 97%) HCl 4 ( = 97%), HCl ( = 92%) S 4 ( = 61%). Ácidos Moderados ou Semifortes: são ácidos que apresentam 5% < < 50%.

5 5 HF ( = 8,1%) H 3 P 4 ( = 27%). Ácidos Fracos: são ácidos que apresentam 5%. C 3 ( = 0,06%) HCN ( = 0,002%). Um modo mais prático para se determinar a força dos ácidos comuns, é através das regras de Pauling, onde temos: Hidrácidos: são fortes os ácidos HI, HBr, HCl. HF é moderado e os demais hidrácidos são fracos. xiácidos: a força dos oxiácidos pode ser determinada pela diferença entre o número de átomos de oxigênio e o número de átomos de hidrogênios ionizáveis na molécula. Quanto maior for a diferença, maior será a força do ácido. o_ n de n _o de hidrogênios > 1 (ácido forte) ( oxigênios ) ( ionizáveis ) = 1 (ácido moderado) < 1 (ácido fraco) bs.: C 3 apresenta a diferença entre o número de oxigênios e hidrogênios ionizáveis igual a 1, mas é um ácido fraco por que se decompõe facilmente, de acordo com equação: C 3 + C 2 a) HCl 4 (4 oxigênios) (1 hidrogênio) = 3 (forte). b) S 4 (4 oxigênios) (2 hidrogênios) = 2 (forte). c) H 3 P 4 (4 oxigênios) (3 hidrogênios) = 1 (moderado). d) H 3 B 3 (3 oxigênios) (3 hidrogênios) = 0 (fraco) e) HMn 4 f) HN 3 g) HCl 3 C Nomenclatura e Formulação. Existem várias maneiras de nomear e formular os ácidos. A que adotaremos é através da tabela de ânions. A tabela apresenta o nome dos ânions com terminação ato, eto ou ito, mas o nome dos ácidos apresenta terminação ídrico, ico ou oso. Para se determinar a nomenclatura dos ácidos, devemos encontrar o ânion correspondente, na tabela de ânions, e trocar a terminação conforme o quadro abaixo. TERMINAÇÃ ÂNIN ÁCID AT IC ET ÍDRIC IT S Encontrando o ânion correspondente e trocando a terminação, o nome do ácido é dado por: Ácido...(terminação do ânion trocada) bs.: Uma maneira prática para encontrar o ânion correspondente é através da sua carga, que é igual ao número de hidrogênios ionizáveis existentes por molécula do ácido. Escrever o nome dos seguintes ácido. a) HN 3

6 6 Este ácido apresenta 1 hidrogênio ionizável, por isso, temos o ânion N 3 (monovalente). Na tabela de ânions, encontramos o N 3 com o nome nitrato. Trocando a terminação (AT por IC) temos o nome Nítrico. Então o nome da substância HN 3, é ácido nítrico. b) S ácido sulfídrico (proveniente do â nion bivalente sulfeto) c) HCl 2 ácido cloroso (proveniente do ânion monovalente clorito) d) HBr e) HCN a) ácido nitroso: o ânion correspondente é o nitrito (N 2 ) e o número de hidrogênios que devemos acrescentar é 1, logo a fórmula do ácido é HN 2. b) ácido iodídrico: HI (ânion correspondente é o iodeto I ) c) ácido arsênico: H 3 As 4 (ânion correspondente é o arseniato As 4 3 ) d) ácido clórico: e) ácido ciânico: f) ácido permangânico: f) S 4 g) ácido sulfídrico: g) C 3 h) ácido fluorídrico: h) H 3 P 4 i) ácido antimônico: i) H 3 B 3 j) HCl l) H 3 As 3 Para a formulação dos ácidos utilizamos o procedimento inverso da nomenclatura, ou seja, trocase a terminação do ácido pela terminação do ânion correspondente e localizao na tabela de ânions. Acrescentase tantos hidrogênios quanto for a carga do ânion. H + + A x ânion H x A ácido Escrever a fórmula dos seguintes ácidos: s prefixos: orto, meta e piro utilizados na nomenclatura, estão relacionados com o grau de hidratação dos ácidos. prefixo orto, meta e piro são usados para os ácidos que apresentam, respectivamente maior, menor e intermediário grau de hidratação. A fórmula dos ácidos meta e piro, podem ser determinadas através do ácido orto. meta = orto piro = 2 orto a) Ácido metafosfórico: H 3 P 4 = HP 3 ác. (orto)fosfórico ác. metafosfórico b) Ácido pirofosfórico: 2 H 3 P 4 = H 4 P 2 7 ác. (orto)fosfórico ác. pirofosfórico

7 7 Alguns ácidos são muito utilizados no nosso estudo, por esta razão procure memorizar o nome e a fórmula dos seguintes ácidos. HF ácido fluorídrico. HCl ácido clorídrico. HBr ácido bromídrico. HI ácido iodídrico. S ácido sulfídrico. HCN ácido cianídrico. HN 3 ácido nítrico. S 4 ácido sulfúrico. C 3 ácido carbônico. H 3 P 4 ácido fosfórico. H 3 B 3 ácido bórico 2.4 Propriedades dos Ácidos. a) s ácidos são compostos moleculares, e podem se apresentar no estado sólido, líquido ou gasoso, nas condições ambientes. b) s ácidos em solução aquosa conduzem corrente elétrica devido a ionização. c) Ação sobre indicadores ácidobase. Indicadores Fenolftaleína Metilorange Tornassol Azul de bromotimol Coloração (meio ácido) Incolor vermelha vermelha amarela d) s ácidos reagem com metais menos reativos que o hidrogênio da série de reatividade dos metais, liberando gás hidrogênio. e) s ácidos reagem com carbonatos liberando gás carbônico. f) s ácidos neutralizam as bases. 2.5 Fórmula Estrutural dos xiácidos. Para montar a fórmula estrutural de um oxiácido (H x E y ) devemos considerar as seguintes regras: a) Identificar o elemento central (E). b) Colocar os oxigênios em volta do elemento central (E). c) Ligar hidrogênio a oxigênio na forma H. Exceção: H 3 P 3 e H 3 P 2. d) Ligar o grupo H ao elemento central. e) Caso o elemento central não tenha completado o número de ligações covalentes permitidas, de acordo com o grupo da tabela periódica a que pertence, ligar o um dos oxigênios remanescentes com dupla ligação. Se estiver completo fazer ligação(ões) dativa(s) com o(s) oxigênio(s). Exemplo: a) Construir a fórmula estrutural do H 3 P 4. Considerando o H 3 P 4 onde o P(Família 5A) é o elemento central, devendo fazer 3 ligações covalentes simples de acordo com o grupo da tabela periódica que o mesmo pertence. s 4 oxigênios devem estar em volta do P. Ligar os H aos oxigênios formando o grupo H, ligando este ao P através de ligações simples a fim de obter o octeto de cada átomo. H P H H H P H Como o P já tem o octeto completo, devemos montar assim uma ligação dativa entre o oxigênio e o P. H P H b) Construir a fórmula estrutural do S 4. c) Construir a fórmula estrutural do HN 3 H H

8 8 d) Construir a fórmula estrutural do C 3. c) S e) Construir a fórmula estrutural do HN 3. d) HN 3 f) Construir a fórmula estrutural do HCl 4. e) H 4 As 2 7 h) Construir a fórmula estrutural do H 3 P 3. EXERCÍCIS 1) Escrevas as equações de ionização total dos seguintes ácidos: a) S 4 b) H 3 P 4 c) H 3 [Fe(CN) 6 ] d) C 3 2) Classifique os ácidos abaixo quanto a presença de oxigênio, número de hidrogênios ionizáveis e força. a) HBr b) HCl f) HCI 4 g) H 3 P 4 3) Cite três propriedades dos ácidos. R.: 4) Qual a característica dos ácidos cujos nomes terminam por ídrico. R.: 5) Em cada um dos grupos, disponha os ácidos em ordem crescente de força: a) S, HI, HF b) HN 3, HN 2 c) HCl 4, HCl 3, HCl 2, HCl d) HCl 4, S 4, H 3 P 4, HCl

9 9 6) Dê o nome dos seguintes ácidos: a) H 3 P 2 b) H 4 P 2 7 c) HF d) H 3 B 3 e) H 3 P 3 f) S n) ácido cianídrico o) ácido arsênico p) ácido pirofosfórico q) ácido ciânico 7) Dê a fórmula molecular e a estrutural dos ácidos : a) ácido iódico g) HI 2 h) HCN i) HN 3 j) H 3 As 4 b) ácido sulfúrico l) H 4 Fe(CN) 6 7) Escreva a fórmula dos seguintes ácidos: c) ácido carbônico a) ácido sulfúrico b) ácido nitroso c) ácido hipofosforoso d) ácido fosfórico d) ácido nitroso e) ácido iódico f) ácido periódico g) ácido nítrico e) ácido nítrico h) ácido manganoso i) ácido carbônico j) ácido brômico f) ácido perclórico k) ácido metafosfórico l) ácido hipocloroso m) ácido sulfuroso g) ácido sulfuroso

10 10 8) Por que o ácido hipofosforoso (H 3 P 2 ) e o ácido fosforoso H 3 P 3 ), apesar de possuírem três hidrogênios nas respectivas moléculas, não são triácidos? Justifique através da fórmula estrutural. 9) Em que condições os ácidos conduzem corrente elétrica? Justifique a sua resposta e xemplificando através da equação de ionização. 10) Complete a tabela abaixo, seguindo o exemplo do ânion brometo: Ânion Ácido Classificação Nome do Fórmula do Nome do Fórmula do Presença de Número de Força ânion ânion ácido ácido oxigênio H + brometo Br Ác. bromídrico HBr hidrácido monoácido forte S 4 2 ác. nítrico fosfato cianeto hipoclorito sulfito hipoiodito CN Mn 4 Cl 2 F S 2 ác. iódico ác. clórico ác. brômico ác. iódico Cr 4 H 3 B 3 HN 2 HCl 4 HBr

11 11 3 Estudo das Bases 3.1 Conceito de Arrhenius. Base é toda substância que em água se dissocia, produzindo como ânion, somente o íon H. íon H, denominado de hidróxido, é responsável pelas propriedades que caracterizam as bases. Equações de dissociação: a) NaH Na + + H b) Ca(H) 2 Ca H H c) Al(H) 2 3 Al H d) KH e) Ba(H) 2 f) Fe(H) Classificação das bases. a) Quanto ao número de H. Monobases: apresentam apenas um H. NaH, KH, NH 4 H. Dibases: apresentam dois H. Ca(H) 2, Ba(H) 2, Mg(H) 2. Tribases: apresentam três H. Al(H) 3, Fe(H) 3. Tetrabases: apresentam quatro H. Sn(H) 4, Pb(H) 4. b) Quanto à solubilidade em água. Solúveis: são as bases de metais alcalinos e amônio. NaH, KH, NH 4 H. Pouco solúveis: são as bases de metais alcalinos terrosos. Ca(H) 2, Ba(H) 2, Mg(H) 2. Insolúveis: são todas as demais bases. Al(H) 3, Fe(H) 3, Sn(H) 4. c) Quanto à Força. Fortes: bases muito dissociadas. São bases fortes dos metais alcalinos e alcalinos terrosos: (cálcio, bário e rádio). NaH, KH, Ca(H) 2. Fracas: bases pouco dissociadas. São as demais bases. AgH, Zn(H) 2, Al(H) 3, NH 4 H. 3.3 Nomenclatura e formulação. Como as bases são formadas por um cátion geralmente metálicos e por um ânion (H), a nomenclatura e a formulação das bases são determinadas através da tabela de cátions. Nomenclatura: Hidróxido de... nome do cátion a) NaH hidróxido de sódio b) AgH hidróxido de prata c) Fe(H) 3 hidróxido de ferro III d) Cu(H) 2 e) LiH f) Sn(H) 4 bs.: A amônia NH 3, conhecida como amoníaco é um composto molecular e gasoso que ao dissolverse em água sofrem ionização produzindo como ânion o íon H. produto da reação da amônia com água forma um composto que pode ser representado por NH 4 H, denominado de hidróxido de amônio (este só existe em água). fenômeno pode ser representado pela equação: NH 3(g) + (l) NH + 4(aq) + H (aq) NH 4 H

12 12 Formulação: Procurase o cátion correspondente na tabela e acrescentase um número H., igual a carga do cátion. Me x+ + H a) Hidróxido de lítio: cátion: Li + (monovalente) n o de H.= 1 H fórmula da base: LiH b) Hidróxido de bário: cátion: Ba 2+ (divalente) n o de H. = 2 H fórmula da base: Ba(H) 2 c) Hidróxido de alumínio: d) Hidróxido de ferro III: e) Hidróxido de zinco: f) Hidróxido de ouro III: g) Hidróxido de magnésio: Me(H) x NH 4 H Ca(H) 2 Mg(H) 2 Al(H) 3 Cu(H) 2 AgH Fe(H) 3 hidróxido de amônio hidróxido de cálcio hidróxido de magnésio hidróxido de alumínio hidróxido de cobre II hidróxido de prata hidróxido de ferro III 3.4 Propriedades das bases. a) As bases, em geral, são iônicas por isso quanto ao estado físico são sólidos, exceto o NH 4 H que só existe em solução aquosa.. b) Ação das bases sobre indicadores: meio meio indicadores ácido básico fenolftaleína incolor vermelha metilorange vermelha amarela tornassol vermelha azul azul de bromotimol amarela azul c) As bases neutralizam os ácidos. d) A maioria das bases metálicas quando aquecidas se decompõem em óxido e água. As bases dos metais alcalinos resistem ao aquecimento e podem ser fundidas. a) Cu(H) 2 Cu + b) Ca(H) 2 Ca + bs.: NH 4 H se decompõem, segundo a e quação: NH 4 H NH 3 + e) As bases conduzem corrente elétrica em solução aquosa. As bases de metais alcalinos, também conduzem no estado fundido. Algumas bases são muito utilizados no nosso estudo, por esta razão procure memorizar o nome e a fórmula das seguintes bases: NaH KH hidróxido de sódio hidróxido de potássio EXERCÍCIS 1) Escreva a equação de dissociação iônica das bases: a) hidróxido de lítio

13 13 b) hidróxido de magnésio e) hidróxido de zinco c) hidróxido ferro III f) hidróxido de mercúrio II d) hidróxido de zinco g) hidróxido prata e) hidróxido ouro III 2) Cite três propriedades das bases. R.: 3) Classifique quanto à força, número de H e à solubilidade em água, as seguintes bases: a) Pb(H) 2 b) KH c) Mn(H) 4 d) Sr(H) 2 e) Fe(H) 3 f) Co(H) 3 h) hidróxido de estanho IV i) hidróxido cobre II j) hidróxido de cádmio 5) Dê os nomes das bases: a) KH b) Ba(H) 2 c) Mg(H) 2 d) Bi(H) 3 e) LiH f) Be(H) 2 g) Al(H) 3 h) Cr(H) 3 i) NH 4 H j) AgH 4) btenha a fórmula das seguintes bases: a) hidróxido de sódio b) hidróxido níquel III c) hidróxido de magnésio d) hidróxido de estanho II 6) Dê o nome das seguintes bases empregando os sufixos oso e ico para os cátions: a) Fe(H) 2 b) Cu(H) 2 c) Pt(H) 4 d) Sn(H) 4 e) Ni(H) 3 f) Fe(H) 3

14 14 g) CuH h) Co(H) 2 j) Hg 2 (H) 2 l) Au(H) 3 m) Ni(H) 2 i) AuH 10) Complete a tabela abaixo, seguindo o exemplo do hidróxido de lítio: Nome da base Fórmula da base Solubilidade Número de H Força Hidróxido de lítio LiH solúvel monobase forte Ca(H) 2 Hidróxido de prata Al(H) 3 Hidróxido de magnésio Fe(H) 2 Hidróxido de ouro III KH Hidróxido de cádmio NH 4 H Hidróxido de zinco CuH Hidróxido de bário Pb(H) 4 Hidróxido de sódio Sr(H) 2 Hidróxido de césio Ra(H) 2 Hidróxido de ferro III Hg(H) 2 Hidróxido de rubídio Ni(H) 3 Hidróxido de ouro I Co(H) 3

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