QUÍMICA MÓDULO 15 ÁCIDOS. Professor Edson Cruz

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2 QUÍMICA Professor Edson Cruz MÓDULO 15 ÁCIDOS

3 INTRODUÇÃO Ácidos são compostos moleculares que, em solução aquosa, ionizam-se, liberando o cátion H + para a formação do íon hidrônio ou hidroxônio (H 3 O + ).

4 A definição de Arrhenius para ácidos e bases não é a única que existe. Posteriormente, também analisaremos as definições de Brönsted-Lowry e de Lewis. Nesta definição apresentada agora, há menção a um íon que até este momento não havia sido analisado. É o íon hidrônio (também chamado de hidroxônio) de fórmula H 3 O +. Ele é formado devido ao fato do H + librado pelo ácido fazer uma ligação covalente dativa com a água, da seguinte forma:

5 Porém, muitos autores desprezam esta reação e se limitam a mencionar apenas a existência do H +. Através da definição de Arrhenius, podemos equacionar as reações de ionização total e parcial do ácidos. EXEMPLOS:

6 OBSERVAÇÃO: Note que para cada H + liberado, é preciso uma molécula de água para formar um hidrônio (H 3 O + ). Como o HCl perdeu um hidrogênio sem o seu elétron, sobrou um cloro com um elétron a mais (Cl - ).

7 Como você pôde observar, a soma de todas as ionizações parciais deve resultar na ionização total. Além disso, a 1ª ionização de um ácido é sempre mais fácil do que a 2ª, que por sua vez é mais fácil que a 3ª e assim por diante. Isso ocorre porque a cada H + que se retira de um ácido, vai ficando cada vez mais difícil para ionizar o H + seguinte.

8 CLASSIFICAÇÃO DOS ÁCIDOS Costuma-se classificar os ácidos de acordo com alguns critérios. A molécula de um ácido pode apresentar ou não o elemento oxigênio. Assim, conforme a presença ou não desse elemento, temos: Hidrácidos: ácido cuja molécula não contém oxigênio. EXEMPLO: HCI, H 2 S, HCN Oxiácidos: ácido cuja molécula contém oxigênio. EXEMPLO: HNO 3, H 2 SO 4, H 3 PO 4

9 A molécula de um ácido pode apresentar dois ou mais elementos. Assim, conforme a quantidade de elementos, temos: Ácido binário: ácido cuja molécula contém dois elementos. EXEMPLO: HCl, H 2 S, HBr Ácido ternário: ácido cuja molécula contém três elementos. EXEMPLO: HNO 3, H 2 SO 4, H 3 PO 4 Ácido quaternário: ácido cuja molécula contém quatro elementos. EXEMPLO: H 4 Fe(CN) 6, H 3 Fe(CN) 6, HOCN

10 A cada hidrogênio da molécula de um ácido que se converte em íon H 3 O +, dáse o nome de hidrogênio ionizável ou hidrogênio ácido. Assim, conforme o número de hidrogênios ionizáveis, temos: Monoácido: contém um hidrogênio ionizável. EXEMPLO: HCl, HNO 3, HCN Diácido: contém dois hidrogênios ionizáveis. EXEMPLO: H 2 SO 4, H 2 S, H 2 CO 3 Triácido: contém três hidrogênios ionizáveis. EXEMPLO: H 3 AsO 4, H 2 PO 4 Tetrácido: contém quatro hidrogênios ionizáveis. EXEMPLO: H 4 P 2 O 7, H 4 As 2 O 7

11 NOTA: Nem todos os hidrogênios da molécula de um ácido são ionizáveis. Para esta explicação, basta lembrar da polaridade das ligações, ou seja, um hidrogênio é ionizável quando está ligado a um átomo cuja eletronegatívidade é maior que a sua; assim sendo, esse hidrogênio será póio positivo ( + ) facilmente arrancado pela água. Desse modo, tem-se: Todos os hidrogênios da molécula são ionizáveis. O par eletrônico da ligação fica mais próximo do cloro (no HCl) e do enxofre (no H 2 S), fazendo com que o hidrogênio fique relativamente "solto", podendo, assim, se associar com a molécula da água.

12 Somente são ionizáveis os hidrogênios ligados a átomos de oxigênio. No H 2 SO 4 dois hidrogênios são ionizáveis, logo, é um monoácido. Dos três hidrogênios da molécula do H 3 PO 3, apenas dois se ionizam. Logo, o H 3 PO 3 é um diácido.

13 Analisando os pontos de ebulição dos ácidos, pode-se classificá-los em: Fixos: apresentam elevado ponto de ebulição (são sólidos ou líquidos). EXEMPLO: H 2 SO 4, H 3 PO 3, H 3 BO 3, H 3 PO 4 Voláteis: apresentam baixo ponto de ebulição (são líquidos ou gases). EXEMPLO: HCl, HBr, HI, H 2 S, HCN, HNO 3

14 OBSERVAÇÃO: Podemos definir volatilidade como a capacidade que uma substância tem de evaporar. As substâncias mais voláteis são, portanto, aquelas que possuem maior pressão máxima de vapor e menor temperatura de ebulição. A grande maioria dos ácidos inorgânicos são voláteis e alguns chegam a ser gasosos na temperatura e pressão ambientes. Existem ácidos líquidos voláteis e outros fixos (que possuem baixa pressão máxima de vapor e alta temperatura de ebulição).

15 Quando se dissolve um ácido em água, verifica-se que as moléculas sofrem ionização. Entretanto, ao analisar-se a solução resultante, constata-se que nem todas as moléculas encontram-se ionizadas. Então, para expressar esse fato, foi criada a grandeza grau de ionização ( ):

16 De acordo com o grau de ionização, os ácidos podem ser classificados em: Fortes: grau de ionização superior a 50% Moderados (semifortes): grau de ionização entre 5% e 50% Fracos: grau de ionização inferior a 5%

17 EXEMPLO: Dissolvendo-se 600 moléculas de uma substância em água, verificou-se que 15 moléculas sofreram dissociação. Qual é o grau de ionização (α) da substância em questão? Trata-se de um eletrólito forte ou fraco? RESOLUÇÃO: Pela própria definição de grau de ionização, temos: α 15 0,025 α 2,5% 600 Consequentemente, o eletrólito é fraco.

18 Ácido Grau de ionização ( ) Classificação HI 95% HBr 93,5% HCl 92,5% Fortes HNO 3 92% H 2 SO 4 61% H 2 SO 3 30% H 3 PO 4 27% Moderados HF 8,5% H 2 S 0,08% H 3 BO 3 0,07% Fracos HCN 0,008%

19 Hidrácido HCl HBr HI HF H 2 S HCN Demais Classificação Fortes Moderado Fracos

20 Pode-se aplicar a regra de Pauling para conhecer sua força. Assim, a força de um oxiácido é indicada pela diferença entre o número de oxigênios e o número de hidrogênios ionizáveis: H n XO m Se: m n > 1 FORTE m n = 1 MODERADO m n < 1 FRACO Aplicando a regra de Pauling para o H 2 SO 4, temos: 4 2 = 2 FORTE

21 OBSERVAÇÃO: Em relação aos H + (ionizáveis) podemos correlacionar que, em geral, nos hidrácidos, todos os hidrogênios são ionizáveis. Nos oxiácidos, são ionizáveis apenas os átomos de hidrogênio ligados aos de oxigênio. NOMENCLATURA DE ÁCIDOS Para hidrácidos:

22 EXEMPLO: HCl = ácido clorídrico HBr = ácido bromídrico HI = ácido iodídrico H 2 S = ácido sulfídrico HCN = ácido cianídrico

23 NOTA: Quando ligado diretamente ao átomo central, o hidrogênio não é ionizável. Dois exemplos importantes são: O H 3 PO 3, que, apesar de possuir três hidrogênio, é um diácido; sua fórmula estrutural mostra que os dois primeiros hidrogênios são ionizáveis, e o terceiro, ligado diretamente ao átomo de fósforo, não: O H 3 PO 2, que é um monoácido, pois só um hidrogênio se liga ao fósforo por intermédio do oxigênio:

24 Para oxiácidos: Prefixo Sufixo N ox Hipo oso +1, +2 Ácido... oso +3, ico +5, +6 Per ico +7 Exceto: Boro (+3) Carbono (+4) Silício (+4) Sufixo = ico

25 EXEMPLO: HClO = ácido hipocloroso HClO 2 = ácido cloroso HClO 3 = ácido clórico HClO 4 = ácido perclórico Existem casos em que o mesmo elemento central forma ácidos diferentes, porém com o mesmo número de oxidação. Nesses casos, foi adotado o uso dos prefixos orto, meta e piro. H 3 PO 4 = ácido ortofosfórico HPO 3 = ácido metafosfórico H 4 P 2 O 7 = ácido pirofosfórico

26 Esses prefixos foram adotados obedecendo ao seguinte critério: prefixo adotado para o ácido de maior grau de hidratação.adição de 3 H 2 O H 3 PO 4 prefixo adotado para o ácido obtido de uma molécula do orto pela retirada de uma molécula de água.adição de 1 H 2 O H 3 PO 4 HPO 3 + H 2 O prefixo adotado para o ácido obtido de duas moléculas do orto pela retirada de uma molécula de água. Adição de 2 H 2 O 2H 3 PO 4 H 4 P 2 O 7 + H 2 O

27 OBSERVAÇÃO: A situação acima descrita é comum ocorrer nos ácidos formados por elementos do grupo 5A (P, As, Sb) o elemento silício e cromo. Todavia, como são ácidos diferentes, devem possuir nomes diferentes. E a principal diferença entre estes ácidos é a quantidade de água contida em cada um deles, ou seja, estes compostos possuem diferentes graus de hidratação. Para diferenciar estes graus de hidratação, utiliza-se a seguinte regra:

28 Desse modo, representando o ânion (ou radical ácido) por A e supondo sua valência igual a x, chegamos à seguinte regra geral de formulação dos ácidos:

29 Nas fórmulas estruturais dos ácidos oxigenados, devem assinalar que os hidrogênios ionizáveis sempre se ligam ao átomo central por intermédio de um átomo de oxigênio; os demais átomos de oxigênio ligam-se ao átomo central por meio de ligações covalentes.

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