Funções Inorgânicas 2 óxidos e chuva ácida Os óxidos são compostos binários em que o oxigênio é o elemento mais eletronegativo. Na maioria dos óxidos, o Nox do oxigênio equivale a 2-. Fórmula geral: E 2 O x E é um elemento qualquer e x é o índice do oxigênio, que corresponde ao Nox do elemento E, sem o sinal. Exemplos: Se o valor de x for múltiplo de 2, a fórmula sofre simplificação, dividindo-se os índices por 2. Fe 2 O 3, FeO (simplificado de Fe 2 O 2 ), CaO (simplificado de Ca 2 O 2 ), SO 2 (simplificado de S 2 O 4 ). Origem No planeta Terra, a quantidade do elemento oxigênio ( 8 O) é muito grande, especialmente na atmosfera, na forma de gás oxigênio (O 2 ). Esse elemento é muito eletronegativo (forte tendência de atrair elétrons), provocando a oxidação de praticamente todos os elementos disponíveis no ambiente. É por isso que a grande maioria dos elementos metálicos não está disponível na Natureza na forma metálica, mas na forma de minérios iônicos; ou seja, na forma de cátions (átomos positivos), combinados com o oxigênio, na forma do ânion óxido (O 2- ), como é o caso do ferro (Fe 2 O 3, hematita), do alumínio (Al 2 O 3, bauxita) etc. Os metais, quando na forma metálica produzida pelo homem (barra de ferro, janela de alumínio, telha de zinco etc) sofrem oxidação (perda de elétrons) na presença do oxigênio no ambiente, voltando à forma iônica. No caso do ferro, chamamos essa corrosão de enferrujamento. Por outro lado, a queima de combustíveis (madeira, carvão, gás natural e derivados do petróleo, etc.) e também a respiração produzem constantemente óxidos moleculares, que são lançados na atmosfera, como o dióxido de carbono (CO 2 ), pentóxido de dinitrogênio (N 2 O 5 ), trióxido de enxofre (SO 3 ) e muitos outros. Estes três óxidos acima são os principais responsáveis pela chuva ácida, sendo que o dióxido de carbono (CO 2 ) é o responsável pela acidez natural da chuva, que é uma acidez leve. Em reação com a água da atmosfera, o dióxido de carbono forma o ácido carbônico (H 2 CO 3 ), que é um ácido fraco. Os óxidos de nitrogênio e enxofre, por outro lado, formam ácidos fortes em reação com a água da atmosfera, causando abaixamento do ph de forma acentuada, causando problemas ambientais graves. Portanto, a importância dos óxidos é muito grande, envolvendo a metalurgia, siderurgia (metalurgia específica do ferro), conservação dos metais, processos biológicos de respiração e de fotossíntese, queima de combustíveis, chuva ácida etc. Nomenclatura dos óxidos 1) Quando o elemento tem possibilidade de formar apenas um óxido (um só valor de Nox): Óxido de (nome do elemento) Exemplos: Na 2 O (óxido de sódio) CaO (óxido de cálcio) Al 2 O 3 (óxido de alumínio)
2) Quando o elemento consegue formar dois óxidos (dois valores de Nox): 2.1) Nomenclatura antiga: Óxido + oso Óxido + ico (nome do elemento) (menor Nox) (nome do elemento) (maior Nox) Exemplos: FeO (óxido ferroso), Fe 2 O 3 (óxido férrico) 2.2) Nomenclatura de Stocks Óxido de (nome do elemento) (Nox do elemento em algarismos romanos) Exemplos: Cu 2 O (óxido de cobre I) CuO (óxido de cobre II) 2.3) Nomenclatura moderna Prefixo indicando o número de átomos de oxigênio +...óxido de + mono, bi ou di, tri, tetra, pent, hept Prefixo indicando o número de átomos do elemento mono (opcional), bi ou di, tri + nome do elemento Exemplos: Mn 2 O 7 (heptóxido de dimanganês), CO (monóxido de carbono), SO 3 (trióxido de enxofre) Casos especiais da nomenclatura antiga Óxidos formados por cloro ( 17 Cl), bromo ( 35 Br) e iodo ( 53 I) Nox = 1+ óxido hipo oso (nome do elemento) Nox = 3+ Nox = 5+ Nox = 7+ Óxidos formados pelo cromo ( 24 Cr) Nox = 2+ Nox = 3+ Nox = 6+ CrO óxido cromoso óxido oso (nome do elemento) óxido ico (nome do elemento) óxido per ico (nome do elemento) não se usa a nomenclatura antiga, somente a de Stocks ou a moderna CrO 3 óxido crômico Óxidos formados pelo manganês ( 25 Mn) Nox = 2+ Nox = 3+ Nox = 4+ Nox = 6+ Nox = 7+ MnO óxido manganoso não se usa a nomenclatura antiga, mas a de Stocks ou a moderna Mn 2 O 3 (óxido de manganês III ou trióxido de dimanganês) não se usa a nomenclatura antiga, mas a de Stocks ou a moderna MnO 2 (óxido de manganês IV ou dióxido de manganês) MnO 3 óxido mangânico Mn 2 O 7 óxido permangânico
Classificação dos óxidos Classificação quanto à natureza da ligação: Óxidos iônicos: o elemento é um metal com Nox 4. Óxidos moleculares: o elemento é um metal com Nox 5 ou um ametal com qualquer Nox. Classificação quanto ao caráter ou tipo de reação: a) óxidos básicos b) óxidos ácidos c) óxidos anfóteros d) óxidos neutros a) Óxidos básicos Apresentam acentuado caráter iônico; formados por metais de Nox baixo (+ 1, + 2) : Reagem com a água, formando bases : CaO + H 2 O Ca(OH) 2 Na 2 O + H 2 O 2NaOH Reagem com ácidos, produzindo sal e água : K 2 O + H 2 SO 4 CaO + 2HCl K 2 SO 4 + H 2 O CaCl 2 + H 2 O b) Óxidos ácidos (causadores da chuva ácida ) Apresentam acentuado caráter molecular; são formados por ametais com qualquer valor de Nox ou por metais com Nox alto (+5, + 6, +7). São também chamados anidridos, que significa sem água, numa referência ao fato de que, em reação com água, os anidridos formam ácidos. Na nomenclatura antiga, a palavra óxido pode ser substituída pela palavra ANIDRIDO. Quando o ametal apresenta apenas um valor de Nox, utiliza-se o sufixo ICO: Exemplo: B 2 O 3 : anidrido bórico. Reagem com a água, formando ácidos : CO 2 + H 2 O H 2 CO 3 SO 3 + H 2 O H 2 SO 4 Reagem com base, produzindo sal e água : CO 2 + 2KOH SO 3 + Ca(OH) 2 K 2 CO 3 + H 2 O CaSO 4 + H 2 O c) Óxidos anfóteros: Comportam-se, ora como óxidos ácidos, ora como óxidos básicos. São geralmente formados por metais com Nox +3 ou +4. Exemplos: Al 2 O 3, ZnO, PbO, PbO 2, Cr 2 O 3, SnO, SnO 2. Reagem com ácidos produzindo sal e água: Al 2 O 3 + 6HCl 2 AlCl 3 + 3H 2 O
ZnO + H 2 SO 4 ZnSO 4 + H 2 O Reagem com bases produzindo sal e água : Al 2 O 3 + 2NaOH 2 NaAlO 2 + H 2 O (aluminato de sódio) ZnO + Ca(OH) 2 CaZnO 2 + H 2 O (zincato de sódio) Não reagem com a água. d) Óxidos neutros: Não possuem caráter básico nem ácido. Não reagem com água, ácidos ou bases. Normalmente utiliza-se a nomenclatura moderna para esses óxidos. E xemplos: CO, NO, N 2 O Classificação quanto à estrutura : a) Óxidos salinos, mistos ou duplos b) Peróxidos c) Superóxidos a) Óxidos salinos, mistos ou duplos: São óxidos iônicos que resultam da combinação de 2 óxidos do mesmo elemento. Apresentam fórmula geral E 3 O 4. São formados por elementos que possuem Nox 2+ e 3+ ou 2+ e 4+. Exemplos: Fe 3 O 4 (FeO + Fe 2 O 3 ); Pb 3 O 4 (2PbO + PbO 2 ); Mn 3 O 4 (2 MnO + MnO 2 ) A nomenclatura mais usual para os óxidos salinos é a nomenclatura moderna, podendo também aparecer a nomenclatura de Stocks. b) Peróxidos: Exemplo: Fe 3 O 4 : óxido salino de ferro (antiga); ou tetróxido de triferro (moderna); ou óxido de ferro II e III (Stocks) Aparecem com a estrutura -O-O-, sendo que, neste caso, o oxigênio tem Nox = -1. São formados por elementos com Nox 1+ ou 2+, geralmente o hidrogênio ou metais das colunas IA e IIA. Fórmula geral: Se E +1 : E 2 O 2 Exemplos: Se E +2 : EO 2 H 2 O 2 (peróxido de hidrogênio, água oxigenada ) K 2 O 2 (peróxido de potássio) BaO 2 (peróxido de bário) A nomenclatura de peróxidos segue a nomenclatura antiga, apenas substituindo a palavra ÓXIDO pela palavra PERÓXIDO.
c) Superóxidos: Aparecem com a estrutura -O-O-O-O-, na qual o oxigênio tem Nox = - ½. A nomenclatura de superóxidos segue a nomenclatura antiga, apenas substituindo a palavra ÓXIDO pela palavra SUPERÓXIDO. Fórmula geral: Se E +1 : E 2 O 4 Exemplos: Se E +2 : EO 4 Na 2 O 4 (superóxido de sódio) BaO 4 (superóxido de bário) K 2 O 4 (superóxido de potássio) Óxidos mais comuns na química do cotidiano a) Óxido de cálcio (CaO) ou cal É um dos óxidos de maior aplicação e não é encontrado na natureza. É obtido industrialmente por pirólise (aquecimento) do calcário, principalmente para a indústria de cimento. CaCO 3 (s) CaO (s) + CO 2 (g) calcário (pirólise) cal viva ou (mármore) cal virgem Entre algumas das grandes aplicações do Cão, temos: Fabricação de cal hidratada ou Ca(OH) 2 : CaO + H 2 O Ca(OH) 2 Preparação da argamassa usada no assentamento de tijolos e revestimento das paredes Pintura a cal (caiação) Na agricultura, para diminuir a acidez do solo b) Dióxido de carbono (CO 2 ) ou gás carbônico É um gás incolor, inodoro, mais denso que o ar. Não é combustível e nem comburente, por isso, é usado em extintores de incêndio. O CO 2 não é tóxico; por isso, não é poluente. O ar contendo maior teor em CO 2 que o normal (0,03%) é impróprio à respiração porque contém menor teor em O 2 que o normal. O CO 2 é o gás usado nos refrigerantes e nas águas minerais gaseificadas. Aqui ocorre a reação: CO 2 + H 2 O H 2 CO 3 H + (aq) + HCO 3 - (aq) (Ácido carbônico) O CO 2 sólido é o gelo seco e é usado para produzir baixas temperaturas. (ânion bicarbonato) O CO 2 forma-se no processo da respiração dos seres vivos (animais e vegetais) e é consumido no processo da fotossíntese, realizado pelas plantas. I) Seres vivos respiração CO 2 II) CO 2 + H 2 O hidratos de carbono (substâncias orgânicas)
O CO 2 forma-se também na queima dos combustíveis ricos em carbono (carvão, gasolina, querosene, óleo diesel, álcool, etc). III) Combustível queima CO 2 Dióxido de carbono e efeito estufa Até certo tempo atrás, o teor de CO 2 na atmosfera manteve-se constante, devido a um equilíbrio nos três processos (I, II e III). Recentemente o teor em CO 2 na atmosfera tem aumentado, e este fato é o principal responsável pelo chamado efeito estufa. O aumento do teor em CO 2 é devido: ao aumento, cada vez maior, da queima de combustíveis; à diminuição do processo da fotossíntese devido à devastação das florestas. As radiações infravermelhas provenientes do Sol se refletem na superfície terrestre e voltam para a alta atmosfera, sendo parte delas absorvidas pelo CO 2 atmosférico. Com o aumento da quantidade de CO 2, a maior quantidade das radiações infravermelhas é absorvida, acarretando um aumento de temperatura da atmosfera. Esse aumento de temperatura é o efeito estufa. Em outras palavras, a terra está ficando mais quente, e isso tem acarretado sérios transtornos climáticos. As grandes inundações que têm ocorrido ultimamente podem ser consequência de distúrbios climáticos provocados pelo efeito estufa. Um efeito estufa intenso poderá derreter grandes quantidades de gelo das regiões polares, provocando grandes inundações em diversas regiões do planeta. c) Monóxido de carbono (CO) e o perigo da morte na garagem É um gás incolor extremamente tóxico. É um seríssimo poluente do ar atmosférico. Forma-se na queima incompleta de combustíveis, como álcool (etanol), gasolina, óleo diesel, etc. A quantidade de CO lançada na atmosfera pelo escapamento dos automóveis, caminhões, ônibus, etc. cresce na seguinte ordem, em relação ao combustível usado: Álcool < gasolina < óleo diesel A gasolina usada como combustível contém um certo teor de álcool (etanol) para diminuir a quantidade de CO lançada na atmosfera e, com isso, diminuir a poluição do ar, diminuindo o impacto ambiental. CUIDADO! Acidentes mortais já foram noticiados nos meios de comunicação, em que pessoas morreram sufocadas por ação desse gás produzido pela queima incompleta de combustíveis orgânicos, especialmente madeira e carvão (lareiras e aquecedores improvisados) e gasolina, diesel ou álcool (carros com motores ligados em garagens fechadas). A queima incompleta, ao invés de produzir dióxido de carbono (CO 2 ), produz monóxido (CO), por deficiência de gás oxigênio no ambiente, durante a queima. Fumaça preta (carbono puro ou fuligem ) também é sinal de que grande quantidade de monóxido está sendo produzida, pois, se o carbono está sendo produzido puro, é sinal de que a quantidade de oxigênio está insuficiente para produzir o dióxido de carbono. Automóveis, caminhões e ônibus costumam emitir grande quantidade de fumaça preta, indicando grave poluição atmosférica.
d) Dióxido de enxofre (SO 2 ) e a chuva ácida O dióxido de enxofre ou óxido de enxofre IV ou, ainda, anidrido sulfuroso é um gás incolor, tóxico, de cheiro forte e irritante, que pode se formar na queima do enxofre e dos compostos que contêm enxofre, geralmente orgânicos, como derivados de petróleo. O SO 2 é um sério poluente atmosférico. É o principal poluente do ar das regiões onde há fábricas de H 2 SO 4. Uma das fases da fabricação desse ácido consiste na queima do enxofre: S 8 (s) + 8 O 2 (g) 8 SO 2 (g) A gasolina, o óleo diesel e outros combustíveis derivados do petróleo contêm compostos do enxofre. Na queima desses combustíveis, forma-se SO 2, que é lançado na atmosfera. O óleo diesel contém maior teor de enxofre do que a gasolina e, por isso, o impacto ambiental causado pelo uso do óleo diesel como combustível é maior que o da gasolina. O álcool (etanol) não contém compostos de enxofre e, por isso,na sua queima não é liberado SO 2. Esta é mais uma vantagem do álcool em relação à gasolina, em termos de poluição atmosférica. O SO 2 lançado na atmosfera se transforma em SO 3 (reação I), que dissolve e reage com a água de chuva (reação II), constituindo a chuva ácida que causa sérios impactos ambientais (destrói a vegetação, corrói metais, corrói monumentos de mármore e rochas calcárias, diminui o ph de lagos, rios e do solo). (I) 2 SO 2 (g) + O 2 (g) 2SO 3 (g) (II) SO 3 (g) + H 2 O (l) H 2 SO 4 (aq) Mais sobre chuva ácida A fórmula de um oxiácido é obtida pela soma de uma molécula de água com um óxido ácido (anidrido) de mesmo nome que o ácido. Exemplos CO 2 + H 2 O H 2 CO 3 (reação reversível) Anidrido carbônico ácido carbônico (ácido fraco) SO 3 + H 2 O H 2 SO 4 Anidrido sulfúrico ácido sulfúrico (ácido forte) N 2 O 5 + H 2 O 2 HNO 3 Anidrido nítrico ácido nítrico (ácido forte) Como os óxidos ametálicos são geralmente poluentes atmosféricos produzidos a partir da queima de combustíveis fósseis, eles reagem com a água da atmosfera e produzem ácidos dissolvidos na água da chuva ( chuva ácida ). O ácido carbônico contribui com a acidez natural da chuva, que é uma acidez fraca (ph entre 7 e 5,5), pois o ácido carbônico é um ácido fraco, além de se decompor facilmente em gás carbônico e água novamente. Mas os ácidos nítrico e sulfúrico são bem mais fortes e os mais presentes na chuva poluída, denominada chuva ácida (ph abaixo de 5,5). Observação: Veja sobre as conseqüências ambientais da chuva ácida na nossa publicação sobre os ácidos, Funções inorgânicas 4 ácidos.
e) Dióxido de nitrogênio É um gás de cor castanho avermelhada, de cheiro forte e irritante, muito tóxico. Nos motores de explosão dos automóveis, caminhões, etc., devido à temperatura muito elevada, o nitrogênio e oxigênio do ar se combinam, dando óxidos do nitrogênio, particularmente NO 2, que poluem a atmosfera. O NO 2 liberado dos escapamentos reage com o O 2 do ar, produzindo O 3,que é outro sério poluente atmosférico. NO 2 (g) + O 2 (g) O 3 (g) + NO (g) Veja que contraste da natureza: o ozônio forma-se nas camadas inferiores da atmosfera, onde ele é totalmente indesejável (poluente) e é destruído na alta atmosfera, onde ele é absolutamente necessário. Os automóveis modernos têm dispositivos que decompõem os óxidos do nitrogênio em N 2 e O 2, antes de serem lançados na atmosfera. Esta decomposição é feita com catalisadores especiais e essa inovação relativamente recente tem diminuído sensivelmente a poluição atmosférica pelos óxidos do nitrogênio. O NO 2 é o principal poluente do ar nas regiões onde há fábricas de ácido nítrico. O gás de cor castanha que se desprende das chaminés das fábricas de ácido nítrico contém alto teor de NO 2. Os óxidos do nitrogênio da atmosfera dissolvem-se na água e com ela reagem, produzindo ácido nítrico, originando, assim, a chuva ácida, que também causa sério impacto ambiental. Observação Em ambientes não poluídos e na ausência de raios e relâmpagos, também há chuva ácida, devido à dissolução do CO 2 do ar na água, como vimos acima. Minerais mais comuns, formados por óxidos Inúmeros são os minerais e minérios constituídos por óxidos, disponíveis em grandes quantidades na crosta terrestre. Alguns deles: Quartzo, cristal de rocha, silica (SiO 2 ). O óxido mais abundante na crosta terrestre é o SiO 2. A areia é basicamente SiO 2 ; o quartzo, um dos componentes do granito, é também SiO 2. Os silicatos naturais na realidade são óxidos duplos nos quais o SiO 2 é componente obrigatório. O oxigênio e o silício são os dois elementos mais freqüentes na constituição da crosta terrestre: o oxigênio participa com 50% e o silício, com 25% da constituição da crosta terrestre, sobrando 25% para repartir com os demais elementos. Uma curiosidade importante sobre o quartzo (SiO 2 ) - é que sua fórmula não representa uma molécula. Na verdade, trata-se de um sólido covalente, em que os átomos de silício e oxigênio estão ligados uns aos outros por ligação covalente, formando todo o pedaço de cristal. Em outras palavras, a fórmula representa a proporção dos átomos no cristal; e não uma molécula de apenas três átomos. Disponíveis (acesso 4.4.2014): http://commons.wikimedia.org/wiki/file:plattneritestructure.png, http://commons.wikimedia.org/wiki/file:sio2repeat.png e http://commons.wikimedia.org/wiki/file:quartz_oisan.jpg
Hematita (Fe 2 O 3 ): principal minério de ferro. Pirolusita (MnO 2 ): minério do manganês. Disponível (acesso: 4.4.2014): http://commons.wikimedia.org/wiki/file:kvarc_sa_inkluzijam a_hematita.jpg Disponível (acesso: 4.4.2014): http://commons.wikimedia.org/wiki/file:pyrolusite_mineral_wit h_dendrite_macro_digon3.jpg Bauxita (Al 2 O 3 ): minério do alumínio. Magnetita (Fe 3 O 4 ): mineral, imã natural. Disponível (acesso: 4.4.2014): http://commons.wikimedia.org/wiki/file:mineral_bauxita_gd FL117.jpg Disponível (acesso: 4.4.2014): http://commons.wikimedia.org/wiki/file:mineral_magnetita_g DFL108.jpg Exercícios 1) CALCULE o Nox do elemento combinado com o oxigênio, em cada óxido abaixo: Br 2 O 3 P 2 O 5 SrO CO 2 Li 2 O Hg 2 O CO N 2 O CdO MnO 3 Co 2 O 3 Mn 2 O 3 HgO PbO
2)COMPLETE o quadro: Nox do elemento Fe +3 S +6 C +4 Ag + Fórmula do Óxido N +5 K 2 O 2 Classificação do óxido Nomenclatura do óxido N 2 O 3 N 2 O Ni 2 O 3 CaO Br 2 O óxido de alumínio P +5 Hg + Mn +2 Cr +3 Cr +6 Fe +2 N 2+ Au + Cu +2 ZnO P 2 O 3 Li 2 O 2 Na 2 O PbO 2 SnO 2 anidrido sulfuroso óxido de lítio monóxido de carbono óxido de ouro III anidrido permangânico anidrido mangânico Sn +2 K 2 O 4
Hg +2 Br +3 Pb 3 O 4 óxido de cobalto II e III peróxido de hidrogênio dióxido de nitrogênio superóxido de cálcio