Milhões de compostos são conhecidos na natureza e por isso foram agrupados para facilitar o nosso estudo. Já pensou ter que estudar um por um desses compostos? Seria muito difícil não é mesmo? No conteúdo dessa semana, vamos falar então sobre dois desse grupos ou funções, que são os ácidos e as bases. Para iniciarmos que tal entender a definição de Arrhenius sobre os ácidos e as bases? Vamos lá? A definição de Arrhenius, leva em consideração o comportamento de algumas substâncias em água. Com base em suas numerosas experiências relacionadas com a passagem de corrente elétrica através de soluções aquosas, ele formulou a hipótese de que tais soluções deveriam conter partículas carregadas, essas partículas são os íons. De acordo com Arrhenius, determinadas substâncias, quando dissolvidas em água, são capazes de dar origem a íons positivos (os cátions) e a íons negativos (os ânions).
Mas como ele descobriu isso? Foi ao testar a condutividade elétrica em compostos iônicos, como o sal de cozinha (NaCl) e a soda cáustica (NaOH). Assim, ele constatou a passagem de corrente elétrica em ambos os casos devido a presença de íons livres nas soluções. Esse fenômeno foi denominado dissociação. Ele testou também a condutividade de compostos moleculares, como o açúcar (C 12 H O 22 11 ) e o ácido clorídrico (HCl) em solução aquosa, e observou os seguintes fatos: - A solução aquosa de açúcar não conduz corrente elétrica. Desta forma, ele concluiu que nessa solução, não existiam íons. Nesse caso, o açúcar somente se dissolveu na água. - Já a solução aquosa de ácido clorídrico conduziu corrente elétrica, o que o levou a concluir que nela existiam íons livres. Como o HCl é um composto formado por moléculas, os íons foram formados mediante a quebra dessas moléculas pela água. Esse fenômeno é denominado ionização. Vamos entender melhor como ocorre esse fenômeno da ionização do cloro! A água é capaz de ionizar algumas substâncias, ou seja, formar cargas. Isso acontece, pois, a água é uma substância formada por moléculas polares, cujo pólo negativo está situado no átomo de oxigênio e o pólo positivo, nos átomos de hidrogênio e ao interagir com algumas moléculas, quebra as ligações das mesmas.
Bem, você já deve ter ouvido falar na fila de eletronegatividade. Certo? A eletronegatividade é a força com que o átomo atrai os elétrons de uma ligação. Olha só: F>O>N>Cl>Br>I>S>C>P>H O flúor como você pode ver, é átomo mais eletronegativo da fila. Mas e o cloro? Ele é mais eletronegativo que ohidrogênio? Sim! E por essa razão, os elétrons ficam mais próximos do cloro, formando um polo parcial negativo e um polo parcial positivo, como mostra o exemplo a seguir: A água que é muito polar, começa então a interagir com essa molécula, rompendo a ligação intramolecular (dentro da molécula) formando assim, os íons H + e o Cl -. Logo, vimos que ionizar é formar cargas, pois elas não existiam antes. Contudo temos que: - Dissociação iônica: Separação de íons já existentes Compostos iônicos + água - Ionização: Formação de íons Compostos moleculares + água Perceba gás nobre, que nesse caso ocorreu a liberação do íon H +. Quando isso acontece temos um ácido. Vamos ver mais detalhes sobre os ácidos? Para Arrhenius ácido é tudo aquilo que libera H + em água. E eles podem ser classificados quanto ao número de H + que eles liberam:
1H + 2H + 3H + Monoácido Diácido Triácido Se o ácido não possui oxigênio na sua estrutura ele é um hidrácido. Se o ácido possui oxigênio na sua estrutura ele é um oxiácido. A presença de oxigênio ou não na estrutura do ácido, contribui para a sua nomenclatura, bem como, para a sua força. Vamos ver então como nomear esses ácidos? Hidrácidos Nomenclatura do ácido: Ácido + nome do elemento + ídrico Nomenclatura do ânion: nome do elemento + eto Logo, seus nomes são dados da seguinte maneira: Nome do ácido Cargas Nome do ânion HCl Ácido Clor ídrico H + e Cl - Clor eto HF Ácido Fluor ídrico H + e F - Fluor eto H 2 S Ácido Sulf ídrico 2H + e S 2- Sulf eto HCN Ácido Cian ídrico H + e CN - Cian eto Oxiácidos Nomenclatura de acordo com Nox do átomo central: +1 +2: Ácido hipo + ânion + oso +3 +4: Ácido + ânion + oso +5 +6: Ácido + ânion + ico +7: Ácido per + ânion + ico
Quando o ácido quebra e forma o ânion o nome dele é diferente do ácido: Ânions ATO ITO Sufixo ICO OSO Veja gás nobre, como fica o nome desses ácidos e seus respectivos ânions: Nome do ácido Cargas Nox do átomo central Nome do ânion H 2 SO 4 Ácido sulfúr ico 2H + e SO 2- +6 Sulf ato HClO Ácido hipo clor oso H + e ClO - +1 hipoclor ito HClO 4 Ácido per clor ico H + e ClO 4 - +7 Perclor ato H 3 PO 4 Ácido fosfór ico 3-3H + e PO 4 +5 Fosf ato HNO 2 Ácido nitr oso - H + e NO 2 +3 Nitr ito H 2 CO 3 Ácido carbôn ico CO 3 2-2H + +4 Carbon ato Perceba que o ácido carbônico foge a regra. Esse ácido é uma exceção, pois possui nox máximo, ou seja, o maior nox que o carbono pode ter é +4, desta forma, seu sufixo passa a ser ico. Ok? Força ácida Ácido não libera H +? Você concorda que se tem uma molequinha que libera muito H + o meio não será muito ácido? E se tem outra que libera pouco H + o meio será pouco ácido? Então, a força ácida é a quantidade de H + que uma molécula consegue liberar na água.
- Nos hidrácidos todos os hidrogênios são ionizáveis. - Nos oxiácidos apenas os hidrogênios ligados aos átomos de oxigênio são ionizáveis. O grau de ionização de um ácido é a relação entre o número de moléculas ionizadas e o número de total de moléculas dissolvidas: Veja este exemplo: Para cada 100 moléculas de HCl dissolvidas, 92 moléculas sofrem ionização. Logo: 92/100 = 0,92 92% Então, o grau de ionização do HCl é de 92% É com base nesse grau de ionização que podemos classificar um ácido em forte, moderado ou fraco, veja a tabela: Então esse ácido é considerado forte. E para que você fique ligado, saiba que os hidrácidos mais conhecidos são assim classificados quanto a força: Essa força dos oxiácidos pode ser determinada pela diferença entre o número de átomos de oxigênio eonúmero de átomos de hidrogênio ionizáveis.
Se o resultado for 3, 2, 1 ou 0 temos que: Fortes Moderados Fracos 3 ou 2 1 0 HBrO 4 H 2 SO 4 H 3 PO 4 HNO 2 HClO H 4 SiO 4 Obs: 1: O 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. Agora vamos falar de outra função, as bases. Bases Para Arrhenius, base é toda substância que, em solução aquosa, sofre dissociação, liberando oânion o OH -. Isso ocorre porque nas bases as cargas já existem, a água apenas as separou. Temos então, que as bases são compostos iônicos. Mas ea nomenclatura das bases é igual ados ácidos? Não gás nobre! É diferente. Veja: Nomenclatura das bases: Hidróxido de + nome do metal Logo, seus nomes são dados da seguinte maneira: Nome da base Cargas NaOH Hidróxido de sódio Na + e OH - Ca(OH) 2 Hidróxido de cálcio Ca 2+ e 2OH - Al(OH) 3 Hidróxido de alumínio Al 3+ e 3OH -
Lembre-se que quando um mesmo elemento forma cátions com diferentes cargas (eletrovalências), é acrescentado ao final do nome, em algarismos romanos, o número da carga do íon. Outra maneira de dar nome é acrescentar o sufixo oso ao íon de menor carga, e ico ao íon de maior carga. Veja o exemplo a seguir: As bases podem ser classificadas segundo três critérios: número de hidroxilas, solubilidade em água e força ou grau de dissociação. Veja bem, devido ao número de hidroxilas (OH ) liberados por fórmula, as bases podem ser: Monobases Dibases Tribases Tetrabases Nº de OH- por fórmula 1 OH - 2 OH - 3 OH - 4 OH - Exemplo NaOH Mg(OH) 2 Al(OH) 3 Pb(OH) 4 Já a força das bases pode ser relacionada com a sua solubilidade. Sendo assim: - Quanto maior for a solubilidade de uma base, maior será o seu grau de dissociação e ela será considerada uma base forte. - Quanto menor for a solubilidade de uma base, menor será seu grau de dissociação e ela será considerada uma base fraca.
Resumindo: - Base solúvel elevado grau de dissociação base forte (bons eletrólitos). - Base praticamente insolúvel baixo grau de dissociação - base fraca (maus eletrólitos). O hidróxido de amônio (NH4OH), que é uma base proveniente de substância molecular aamônia (NH 3(g) ) enão 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: As bases da família 1A, 2A (com exceção do berílio e do magnésio que são bases insolúveis). Bases fracas: NH 4 OH e bases dos demais metais E você sabe como podemos medir oquanto um ácido ou uma base é forte ou fraca? ph e poh Isso é feito através do ph e do poh. OpH mede aconcentração dos íons H + em uma solução. Enquanto que opoh mede aconcentração dos íons OH - em uma solução. Desta forma, quanto maior for a concentração de íons H + e menor aconcentração de íons OH -, menor será o ph. Os valores de ph variam de 0 a 14. As substâncias que possuem valores de ph 0a7, são consideradas ácidas, os valores em torno de
7 são neutras e valores acima de 7 são denominadas básicas ou alcalinas. Olha só: Existem até algumas substâncias que nos revelam a presença de íons livres em uma solução devido a mudança de cor. Elas são conhecidas como indicadores, que mudam de cor em função da concentração de H + e de OH - de uma solução, ou seja, do ph. A fenolftaleína, por exemplo, é um indicador que muda da coloração da solução de vermelha para a incolor na presença de um ácido. Mas como calcular essas quantidades? Vamos lá! Para calcular a acidez ou basicidade de um meio de maneira mais fácil, podemos usar a definição do potencial hidrogeniônico ( ph ), na qual: ph = -log [H + ] Da mesma forma, temos o potencial hidroxiliônico ( poh ): poh = -log [OH - ] A 25ºC temos que: - Água pura ou solução neutra: [H + ] = [OH - ] = 10-7 mol/l - Solução ácida: [H + ]>10-7 mol/l e [OH - ] < 10-7 mol/l - Solução básica: [H + ]<10-7 mol/l e [OH - ] > 10-7 mol/l
Vamos ver alguns exemplos: Em uma solução neutra se oph for 7, então, o poh será 7. Neste caso a solução será neutra. ph = -log [H + ] ph = -log 10-7 ph = 7 ph + poh = 14 7 + poh = 14 poh = 14-7 poh = 7 Caso tenhamos em uma solução [H + ] = 10-9, qual será a concentração de OH -? E o valor do ph? Qual o caráter desta solução? ph = -log [H + ] ph = -log 10-9 ph = 9 ph + poh = 14 9 + poh = 14 poh = 14-9 poh = 5 A concentração de OH - é maior que a de H +. Logo, o caráter da solução é básico. Vamos a resolução de alguns exercícios?
Questão 01 - (ENEM/2009) O processo de industrialização tem gerado sérios problemas de ordem ambiental, econômica e social, entre os quais se pode citar a chuva ácida. Os ácidos usualmente presentes em maiores proporções na água da chuva são o H2CO3, formado pela reação do CO2 atmosférico com a água, o HNO3, o HNO2, o H2SO4 eoh2so3. Esses quatro últimos são formados principalmente apartir da reação da água com os óxidos de nitrogênio e de enxofre gerados pela queima de combustíveis fósseis. A formação de chuva mais ou menos ácida depende não só da concentração do ácido formado, como também do tipo de ácido. Essa pode ser uma informação útil na elaboração de estratégias para minimizar esse problema ambiental. Se consideradas concentrações idênticas, quais dos ácidos citados no texto conferem maior acidez às águas das chuvas? a) HNO3 e HNO2. b) H2SO4 e H2SO3. c) H2SO3 e HNO2. d) H2SO4 e HNO3. e) H2CO3 e H2SO3.
RESOLUÇÃO/COMENTÁRIOS A força de um ácido é medida de acordo com seu grau de ionização, sendo que ácidos fortes se ionizam mais rapidamente, liberando maiores quantidades de íons H +. Tanto ácido nítrico quanto o ácido sulfúrico são ácidos fortes e à medida que liberam íons H + em solução, confere à água da chuva menores valores de ph, e assim sendo, maior a acidez. Letra D Para assistir a resolução do exercício clique no link: https://www.quimicaemacao.com.br/resumos/06-q01
Questão 02 - (ENEM/2012) Uma dona de casa acidentalmente deixou cair na geladeira aágua proveniente do degelo de um peixe, o que deixou um cheiro forte e desagradável dentro do eletrodoméstico. Sabe-se que o odor característico de peixe se deve às aminas eque esses compostos se comportam como bases. Na tabela são listadas as concentrações hidrogeniônicas de alguns materiais encontrados na cozinha, que a dona de casa pensa em utilizar na limpeza da geladeira. Dentre os materiais listados, quais são apropriados para amenizar esse odor? a) Álcool ou sabão. b) Suco de limão ou álcool. c) Suco de limão ou vinagre. d) Suco de limão, leite ou sabão. e) Sabão ou carbonato de sódio/barrilha.
RESOLUÇÃO/COMENTÁRIOS Para essa questão devemos nos lembrar de um conceito que diz: um ácido neutraliza uma base e vice-versa. O enunciado explica que o que está causando mau cheiro, no interior da geladeira da dona de casa, são aminas, provenientes do peixe, que se comportam como base. Logo, a solução para a limpeza da geladeira deve consistir em neutralizar a base com um ácido. De acordo com o conceito lembrado, a dona de casa deve usar algum produto que possua esse caráter. Do dia a dia sabemos que limão e vinagre são ácidos. Entretanto, a tabela reforça este conceito mostrando uma concentração hidrogeniônica menor que 10-7 mol/l, que é a que caracteriza substâncias ácidas. O cálculo do ph de uma substância: ph = log[h3o+]. Por este cálculo, de acordo com os valores informados na tabela, o ph do suco de limão e do vinagre são respectivamente 2 e 3. Lembrando que substâncias que apresentam ph abaixo de 7 são consideradas ácidas. Letra C Para assistir a resolução do exercício clique no link: https://www.quimicaemacao.com.br/resumos/06-q02