O QUE VOCÊ JÁ SABE? Antes de estudar os princípios da química inorgânica, especificamente os ácidos e as bases, pense nas seguintes questões:

Transcrição

1 CAPÍTULO 7 - ÁCIDOS E BASES O QUE VOCÊ JÁ SABE? Antes de estudar os princípios da química inorgânica, especificamente os ácidos e as bases, pense nas seguintes questões: Qual é a diferença entre um ácido e uma base? Que produtos em seu dia-a-dia são caracterizados como básicos? Porque o limão é azedo? A coca-cola desentope pia? Porque o sal de fruta alivia a má digestão dos alimentos? Princípios da Química Inorgânica Situando-se ao assunto As substâncias químicas podem ser agrupadas em dois grandes conjuntos: as orgânicas e as inorgânicas. Essa distinção é muito antiga e iniciou-se com a crença de que as substâncias presentes nos seres vivos (por exemplo, proteínas, gorduras, óleos, açúcares e vitaminas) só podiam ser produzidas por organismos, jamais em ambiente de laboratório. Tais substâncias foram denominadas orgânicas. Todas as demais substâncias (por exemplo, as existentes nas rochas) foram denominadas inorgânicas. A crença mencionada ruiu no século XIX, graças a inúmeras evidências experimentais obtidas por químicos da época. A partir de então, passou-se a considerar como substâncias orgânicas os compostos do elemento químico carbono. Eles são objeto de estudo da chamada Química Orgânica. São modernamente denominadas substâncias inorgânicas aquelas que não contêm carbono em sua composição. Também são consideradas inorgânicas algumas substâncias que contêm carbono; é o caso do dióxido de carbono, do monóxido de carbono, do grafite, do diamante, do ácido carbônico, do ácido cianídrico, dos sais carbonatos e dos sais cianetos.

2 As substâncias inorgânicas são estudadas pela Química Inorgânica. Para facilitar, os químicos dividem-nas em grupos cujas características e propriedades se assemelham. Cada um desses grupos é chamado de função inorgânica. Conceitos de ácidos e bases Existem em nosso cotidiano substâncias que apresentam sabor azedo, tais como o suco de limão e o vinagre. Há também substâncias que apresentam sabor adstringente, ou seja, amarram a boca. É o caso da banana, do caju e do caqui verdes e também do leite de magnésia. Na verdade, esses dois tipos de sabor, o azedo e o adstringente, caracterizam dois grandes grupos de substâncias: os ácidos e as bases. Provar toda e qualquer substância a fim de classificá-la é, no mínimo, um procedimento tolo e muito perigoso, que jamais deve ser feito. Químicos do passado perceberam que as substâncias de sabor azedo, os ácidos, quando misturadas ao suco de uva ou de amora, deixam esses materiais avermelhados. Já as substâncias de sabor adstringente, as bases, deixam o suco da uva e o da amora azulados. Além disso, as bases deixam a pele escorregadia, como se estivesse com sabão. Isso acontece porque elas reagem com substâncias presentes na pele, destruindo-as e provocando lesões. Ácidos são substâncias que avermelham o suco de uva ou de amora. Bases são substâncias que azulam o suco de uva ou de amora. Essas são definições operacionais de ácidos e bases, ou seja, definições fundamentadas apenas em operações experimentais, sem envolver nenhuma teoria microscópica a respeito do assunto.

3 A maioria das substâncias não se encaixa em nenhum desses dois grupos. É o caso, por exemplo, do cloreto de sódio (sal de cozinha), da sacarose (açúcar comum) e do etanol (álcool comum). O suco de uva e o suco de amora são exemplos de indicadores ácidobase. Indicador ácido-base é uma substância que apresenta uma determinada coloração em meio ácido e outra em meio básico. A fenolftaleína e o tornassol são alguns dos indicadores ácido-base mais utilizados em laboratório. As cores desses indicadores diante de ácidos e bases são as seguintes: O tornassol é comercializado (nas lojas de produtos químicos) em duas versões: o papel de tornassol azul e o papel de tornassol vermelho. Ambos consistem em tirinhas de papel contendo o indicador tornassol. O papel de tornassol azul foi submetido, durante sua fabricação, ao contato com uma base, ficando azul. Num laboratório, esse papel é usado para testar se um certo material é ácido. Ácidos fazem-no mudar de cor, de azul para vermelho. Muitas flores contêm indicadores ácido-base naturais em suas pétalas. Esse é o caso de algumas hortênsias, como as da foto. Suas pétalas podem adquirir cor rósea ou azul-arroxeada, dependendo de fatores como solo, adubação etc., que influenciam a acidez ou a basicidade das pétalas.

4 Já o papel de tornassol vermelho, ao contrário do anterior, tomou contato, ao ser industrializado, com um ácido. Isso o fez ficar vermelho. É útil, portanto, para indicar se um determinado material é básico, uma vez que substâncias básicas fazem-no mudar de vermelho para azul.

5 Indicadores ácido-base e produtos cotidianos Por meio do uso de indicadores ácido-base, como, por exemplo, solução de fenolftaleína em álcool, extrato de repolho roxo, trapos brancos umedecidos com suco de uva, trapos brancos umedecidos com suco de amora, é possível fazer a distinção entre meios ácidos e básicos. Veja os exemplos de resultados experimentais:

6 Ácidos, bases e condutividade elétrica Por que NaOH e HCl não conduzem corrente elétrica quando puros, mas quando dissolvidos em água passam a conduzir? Para explicar esse fato vamos partir da informação de que a corrente elétrica é um fluxo ordenado de cargas elétricas. No NaOH sólido há íons (que são portadores de carga elétrica), mas eles não estão livres para se movimentar. Estão travados em suas respectivas posições no retículo cristalino iônico do composto. O HCl gasoso é formado por moléculas e, por isso, não conduz corrente 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? Quando o NaOH se dissolve em água, sofre o processo de dissociação iônica. A dissociação iônica é a separação dos íons que ocorre quando uma substância iônica se dissolve em água. Para representar tal acontecimento, os químicos utilizam a seguinte equação química: Fonte: Química volume único

7 Através da dissociação iônica passam a existir, na solução de NaOH, íons livres para se movimentar e, dessa forma, conduzir a corrente elétrica. Todas as substâncias iônicas, ao se dissolverem em água, sofrem o processo de dissociação iônica. Entre essas substâncias iônicas podemos destacar as bases, das quais NaOH é um exemplo. Outros exemplos de equações químicas que representam a dissociação iônica de bases são: Fonte: Química volume único Veja, por exemplo, como ocorre a dissociação iônica do NaCl em água. Fonte: Química volume único O HCl, por sua vez, é uma substância molecular, pois a ligação entre H e Cl é covalente. Como não há íons no HCl, ele não pode sofrer dissociação iônica (não podemos separar íons que não existem!). Ao dissolver HCl em água ocorre o processo de ionização, onde as moléculas de HCl são quebradas ao entrar em contato com a água, originando íons. Esse evento pode ser representado por meio da seguinte equação química: Fonte: Química volume único

8 Devido à ionização, quando o HCl se dissolve em água são criados íons livres para conduzir a corrente elétrica. No momento estamos interessados em estudar os ácidos, compostos moleculares que sofrem ionização em água, sendo o HCl um exemplo. Outros exemplos são: Fonte: Química volume único O conceito ácido-base de Arrhenius Fundamentado em experiências de condutividade elétrica como as que descrevemos, o químico Arrhenius propôs, em 1887, as seguintes definições: Ácido é todo composto que, dissolvido em água, origina H + como único cátion (o ânion varia de ácido para ácido). Base é todo composto que, dissolvido em água, origina OH - como único ânion (o cátion varia de base para base). Assim, para Arrhenius, o íon H + é o responsável pelo sabor azedo dos ácidos e por sua ação sobre indicadores. Da mesma forma, o íon OH - é o responsável pelo sabor adstringente das bases, por sua ação sobre indicadores e pelo ataque à pele, tornando-a escorregadia. 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. Para o cálculo dessa relação, usamos a seguinte expressão: Veja o exemplo:

9 De cada 100 moléculas de HCl dissolvidas, 92 moléculas sofrem ionização: Para comparar os graus de ionização (α), devemos medir a condutibilidade das soluções aquosas dos ácidos: 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. Fonte: Química volume único Volatilidade Indica a maior ou menor facilidade com que os ácidos passam do estado líquido para o gasoso. Voláteis: a grande maioria dos ácidos: HF, HCl, HCN, H2S, HNO3 etc.

10 O ácido acético, componente do vinagre, é o ácido volátil mais comum no nosso dia-a-dia. Ao abrirmos um frasco com vinagre, logo percebemos seu cheiro característico. Fixos: os dois ácidos pouco voláteis mais comuns são o H2SO4 e o H3PO4. ALGUMAS PROPRIEDADES DOS ÁCIDOS Vimos algumas propriedades dos ácidos, como o seu sabor azedo e a sua condutibilidade elétrica em solução aquosa. Vamos abordar agora outras propriedades apresentadas por eles e que nos permitem identificá-los: 1. Reação com metais Os ácidos reagem com muitos metais e, ao reagirem, produzem gás hidrogênio (H2) e um sal do metal. Se colocarmos um palito de fósforo aceso à boca do tubo que contém hidrogênio, essa aproximação provocará uma pequena explosão devido à reação entre o hidrogênio contido no tubo e o oxigênio presente no ar:

11 2. Reação com carbonatos e bicarbonatos Carbonatos e bicarbonatos são ânions cujas fórmulas são, respectivamente, CO3 2 e HCO3. Quando reagem com ácidos, esses ânions liberam gás carbônico. Vamos ver algumas dessas reações: Se você recolher o gás carbônico em um tubo de ensaio e introduzir neste tubo um fósforo aceso, a chama apagará. Isso ocorre porque o CO2 não queima (não é combustível) nem alimenta combustão (não é comburente). 3. Ação sobre indicadores Indicadores são substâncias que mudam de cor em função de o meio ser ácido ou básico.

12 Prof. : Drielle Caroline Uma escala numérica, conhecida por escala de ph, indica se o meio é ácido ou básico, bem como a intensidade da força do ácido e da base. Principais ácidos e suas aplicações Ácido fluorídrico (HF): Gás incolor que tem a característica de corroer o vidro, devendo ser armazenado em frascos. É usado para fazer gravações em vidros e cristais. Ácido clorídrico (HCl): Usado na limpeza de pisos e de superfícies metálicas e presente também no estômago, no suco gástrico, para auxiliar na digestão dos alimentos. Ácido sulfídrico (H2S): Gás incolor e venenoso, formado na putrefação de substâncias orgânicas naturais que contenham enxofre. Exemplo: Cheiro de ovo podre. Ácido cianídrico (HCN): Gás incolor e venenoso, usado nas execuções em câmara de gás. Ácido carbônico (H2CO3): É um ácido fraco, constituinte da chuva ácida e dos refrigerantes e água gaseificada. Ácido fosfórico (H3PO4): usado na indústria de vidro, na tinturaria, nas indústrias de alimentos e na fabricação de fosfatos e superfosfatos usados como adubos (fertilizantes). Ácido acético (H3CCOOH): líquido incolor, de cheiro característico, e o principal componente do vinagre, que é uma solução aquosa que contém de 3 a 7% desse ácido. Ácido sulfúrico (H2SO4): Fabricação de fertilizantes, como os superfosfatos e o sulfato de amônio. É, ainda, utilizado nas indústrias petroquímicas, de papel,

13 de corantes etc, e nos acumuladores de chumbo (baterias de automóveis). Apresenta ação oxidante. Ácido nítrico (HNO3): Líquido incolor e fumegante (volátil). Ataca com violência os tecidos animais e vegetais, produzindo manchas amareladas na pele. Uma das mais importantes aplicações do ácido nítrico relaciona-se à fabricação de explosivos (TNT, nitroglicerina). Durante a ocorrência de chuvas, o ácido nítrico pode formar-se, constituindo um tipo de chuva ácida. Todos esses produtos abaixo contêm soluções aquosas de ácidos. Na bateria há ácido sulfúrico (H2SO4); no vinagre, ácido acético (CH3COOH); e nos refrigerantes, ácido carbônico (H2CO3). Algumas variedades de refrigerante contêm ácido fosfórico (H3PO4). Ácido muriático é o nome comercial do ácido clorídrico (HCl). A força ou o grau de dissociação A força das bases pode ser relacionada com a sua solubilidade: quanto maior for a solubilidade de uma base, maior será o seu grau de dissociação e ela será considerada uma base forte. No entanto, se a base for pouco solúvel, o seu grau de dissociação será menor e ela será considerada fraca.

14 O hidróxido de amônio (NH4OH), que é uma base proveniente de substância molecular a amônia (NH3(g)) e não de metal, contraria essa regra, pois, embora se dissolva facilmente em água, ela apresenta um grau de ionização muito pequeno. Logo, o hidróxido de amônio é a única base solúvel e fraca. Assim, temos: Bases fortes: LiOH, NaOH, KOH, RbOH, CsOH, Ca(OH)2, Sr(OH)2, Ba(OH)2. Bases fracas: NH4OH e bases dos demais metais. ALGUMAS PROPRIEDADES DAS BASES 1. Ação sobre indicadores Como já vimos, tanto os ácidos como as bases alteram a cor de um indicador. 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. A tabela a seguir mostra os indicadores mais usados em laboratórios e as cores que adquirem, se em presença de um ácido ou de uma base. Fonte: Química volume único

15 2. Reações com ácidos Como já sabemos: Prof. : Drielle Caroline Portanto, se misturarmos um ácido e uma base, os íons H + e OH interagem, produzindo água (H2O). Essa reação é denominada neutralização. O cátion da base e o ânion do ácido darão origem a um sal, num processo chamado salificação. Principais bases e suas aplicações Hidróxido de sódio (NaOH): conhecido por soda cáustica, é um sólido branco, cristalino e higroscópico, ou seja, tem a propriedade de absorver água. Quando preparamos soluções concentradas dessa base, elas devem ser conservadas em frascos plásticos, pois lentamente reagem com o vidro. Tais soluções também reagem com óleos e gorduras e, por isso, são muito utilizadas na fabricação de sabão e de produtos para desentupir pias e ralos. Hidróxido de cálcio (Ca(OH))2: conhecido como cal hidratada, cal extinta ou cal apagada. É um sólido branco, pouco solúvel em água, utilizado nas pinturas a cal (caiação) e na preparação de argamassa.

16 Hidróxido de magnésio (Mg(OH))2: é um sólido branco, pouco solúvel em água. sendo conhecido também por leite de magnésia, cuja principal aplicação consiste no uso como antiácido e laxante. Hidróxido de amônio (NH4OH): o hidróxido de amônio não existe isolado. Ele é obtido quando borbulhamos amônia (NH3) em água, o que origina uma solução comercializada como amoníaco. A amônia é utilizada na produção de ácido nítrico, o qual é aplicado na fabricação de fertilizantes e explosivos. A amônia é produzida industrialmente a partir da seguinte reação: Essa amônia é utilizada, por exemplo, na produção de nitrato de amônio sal presente na maioria dos fertilizantes. Na natureza a amônia é formada pela decomposição de excreções de animais. Essa amônia faz parte do denominado ciclo do nitrogênio, como mostra a figura a seguir.

17 Todos esses produtos abaixo contêm soluções básicas. A soda cáustica, NaOH, está presente nos limpadores de forno e desentupidores de pia. É também aplicada na fabricação de sabão. A cal hidratada, Ca(OH)2, é utilizada para preparar argamassa, para fazer pintura e para reduzir a acidez do solo antes do plantio. O hidróxido de magnésio, Mg(OH)2, e o hidróxido de alumínio, Al(OH)3, são usados em alguns medicamentos para combater a acidez estomacal. Amônia (NH3): uma base diferente A amônia (NH3), também chamada de amoníaco, é um composto gasoso que, ao ser dissolvido em água, sofre ionização produzindo como íon negativo exclusivamente OH -. Por isso a amônia, em água, é classificada como base. Não se deve confundir amônia (NH3), que é uma molécula, com amônio (NH4 + ), que é um íon positivo (cátion). Podemos representar o produto da reação equacionada acima por meio da fórmula NH4OH e chamar essa base de hidróxido de amônio. Assim, o composto de fórmula NH4OH só existe na água. Ao ler a fórmula NH4OH devemos ter sempre isso em mente. Compostos como NaOH, KOH, Ca(OH)2 possuem metal em sua composição. São compostos iônicos e, portanto, sólidos nas condições

18 ambientes. Quando dissolvidos em água, sofrem dissociação iônica, liberando íons OH -. Já a amônia, NH3 composto molecular que, nas condições ambientes, é um gás de cheiro forte e irritante, não possui metal em sua composição. Quando dissolvida em água, reage com ela, originando íons. Portanto, ao contrário das demais bases, que sofrem dissociação iônica, a amônia sofre ionização quando é dissolvida em água. Em foco... A escala de ph A água totalmente pura é considerada um meio neutro. Quando dissolvemos um ácido na água, isso produz uma solução ácida, ou meio ácido. E quando dissolvemos uma base na água, isso produz uma solução básica, ou meio básico. Todas as soluções ácidas são igualmente ácidas? E as soluções básicas (alcalinas), são todas igualmente básicas? A resposta a ambas as perguntas é não. O grau de acidez ou de basicidade (alcalinidade) de uma solução pode ser expresso por meio do ph, que é uma propriedade característica de cada solução. Por exemplo: Na temperatura de 25 C: Uma solução neutra tem ph = 7. Uma solução ácida tem ph < 7. Uma solução básica (alcalina) tem ph >7. Quanto menor o ph, maior a acidez de uma solução (ou, equivalentemente, menor a alcalinidade dessa solução). Quanto maior o ph, maior a alcalinidade de uma solução (ou, equivalentemente, menor a acidez dessa solução).

19 Coca-Cola desentope pias? É muito comum ouvirmos alguém indicar Coca-Cola para desentupir pias. Será que resolve? O prof. José Atílio Vanin, do Instituto de Química da Universidade de São Paulo, prestou alguns esclarecimentos sobre o assunto em matéria publicada no Jornal da USP. "Desentupir pias, a Coca-Cola não desentope, contrariando o dito popular. A Coca-Cola é um extrato vegetal de composição variável, ao qual é adicionado ácido fosfórico em pequena quantidade, como conservante. A confusão se dá porque esse ácido é usado por fabricantes de material de limpeza, mas não faz mal ao ser humano. Nas reações químicas que ocorrem nas células, várias delas usam o fosfato, que é um componente do ácido fosfórico, explica Vanin. A célula usa o fosfato no mecanismo de fornecimento de energia celular. Mas há uma ressalva: O excesso de fosfato pode reagir com o cálcio, componente de ossos e dentes, e causar problemas ósseos ou dentários. Nada além disso. Segundo o professor, também o excesso de absorção de carboidratos refinados pode causar cáries nos dentes." Fonte: Química volume único Sangue de diabo Antigamente, no Carnaval, as crianças costumavam jogar na roupa das pessoas uma mistura preparada em casa, chamada sangue de diabo. Essa solução aquosa de cor avermelhada, ao atingir a roupa, produzia uma mancha

20 vermelha, dando a impressão de que a peça de roupa havia sido danificada. Porém, após certo tempo, a mancha desaparecia. O sangue de diabo era preparado assim: 20 ml de NH4OH(aq) (hidróxido de amônio) 1 comprimido de Lactopurga, que contém o indicador fenolftaleína 0,5 L de água O Lactopurga e o NH4OH(aq) você pode adquirir numa farmácia. Faça o sangue de diabo e explique o que acontece: a) quando se adiciona o NH4OH(aq) ao Lactopurga ou fórmula 46 (homeopatia Almeida Prado); b) quando a mancha rósea no tecido fica incolor novamente; c) quando o tecido é lavado com sabão e volta a apresentar coloração rósea. Fonte: Química volume único O QUE VOCÊ APRENDEU? Ácido é todo composto que, dissolvido em água, origina H + como único cátion (o ânion varia de ácido para ácido). Base é todo composto que, dissolvido em água, origina OH - como único ânion (o cátion varia de base para base). Indicador ácido-base é uma substância que apresenta uma determinada coloração em meio ácido e outra em meio básico. Grau de ionização de um ácido (α) é a relação entre o número de moléculas ionizadas e o número total de moléculas dissolvidas. A volatilidade indica a maior ou menor facilidade com que os ácidos passam do estado líquido para o gasoso. A força das bases pode ser relacionada com a sua solubilidade: quanto maior for a solubilidade de uma base, maior será o seu grau de dissociação e ela será considerada uma base forte.

21 Referências Bibliográficas Prof. : Drielle Caroline NÓBREGA, Olívio Salgado; SILVA, Eduardo Roberto; SILVA, Ruth Hashimoto. Química - Volume único. Ed. Ética, São Paulo, PERUZZO, Francisco Miragaia; CANTO, Eduardo Leite. Química na abordagem do cotidiano. Ed. Moderna, v.2, São Paulo, SANTOS, Wildson; MOL, Gerson. Química Cidadã. Ed. Nova Geração, v.1, São Paulo, USBERCO, João; SALVADOR, Edgard. Química Volume único. Ed. Saraiva, São Paulo, 2013.