Funções Inorgânicas - Livro Ufpa

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Módulo I – Unidade 4: Funções Químicas Inorgânicas 1. INTRODUÇÃO Parte da ciência procura descobrir regularidades (comportamentos semelhantes) em alguns fenômenos. Desde que estas regularidades são reconhecidas elas ajudam-nos a dar sentido ao nosso mundo, pois permite-nos organizar, por exemplo, grupos de substâncias em termos de seu comportamento. Com a classificação implantada, teorias podem ser desenvolvidas para ajudar-nos a entender porque as coisas apresentam um certo comportamento. Embora talvez você não reconheça, os ácidos, bases, sais e óxidos estão presentes no seu cotidiano e são muito empregados em diversas atividades, como produção de medicamentos, construção civil, indústria de alimentos, armazenamento de energia, etc. Há diversas classificações (em termos mais rigorosos, definições) de ácidos e bases, porém neste tópicos daremos ênfase nos fundamentos da química ácido – base, utilizando a definição de Arrhenius. As principais definições para ácidos e bases são de: • Arrhenius • Bronsted-Lowry • Lewis S. A. Arrhenius (1859 – 1927) Definição: capacidade de descrever algo por J. N. Bronsted T. M. Lowry (1879 – 1947) (1874 – 1936) seus caracteres distintos. 2. ÁCIDOS Ha milhares de anos as pessoas conhecem vinagre, suco de limão e outros alimentos de sabor azedo. Porém somente há pouco mais de 120 anos atrás se descobriu o porque do sabor azedo : todas elas são ácidas. Rótulo presente em muitos frascos de ácidos e bases. O termo ácido vem do latim acere, que significa azedo. 2.1 PROPRIEDADES Robert Boyle, um químico inglês, foi o primeiro a resumir, em 1661, as propriedades de substâncias caracterizadas ácidos. Estas, em função da época em que foram propostas, eram baseadas em propriedades sensoriais: 89 Módulo I – Unidade 4: Funções Químicas Inorgânicas Os ácidos têm sabor azedo. Por exemplo, suco de limão, de laranja contém ácido cítrico e ácido ascórbico! Vinagre contém aproximadamente 5% de ácido acético! Na aspirina, caso você não a engula rapidamente poderá sentir um sabor azedo ; ela tem como substância ativa o acido acetilsalicílico. JAMAIS VOCÊ DEVE COLOCAR QUALQUER OUTRO ÁCIDO OU REAGENTE QUÍMICO NA BOCA! AS CONSEQÜÊNCIAS PODEM SER GRAVÍSSIMAS! Tornassol é um corante extraído de alguns liquens que pode ser vermelho ou azul, dependendo da acidez do meio. • Mudam a cor do tornassol azul para vermelho. • Ácidos perdem suas características quando combinados com bases. Posteriormente, outras propriedades dos ácidos foram sendo descobertas: • Quando solubilizados em água, ácidos conduzem corrente elétrica. Esta é uma propriedade que engloba também os sais e as bases, em uma classe de substâncias chamadas eletrólitos. Eletrólitos são substâncias que quando dissolvidas em água produzem cátions e ânions e permitem a condução de corrente elétrica. • Quando reagem (oxidam) com metais ativos (do grupo 1, Li até Rb ; do grupo 2, Be até Ra ; e também Zn e Al) há a liberação de gás hidrogênio, H2. Um leigo em química costuma dizer que ácidos podem ‘corroer’ metais. 2.2 DEFINIÇÃO A primeira explicação considerada razoável para o comportamento dos ácidos foi dada somente aproximadamente 200 anos depois de Boyle por Svante Arrhenius, um químico sueco. Em 1887 ele ampliou sua teoria sobre eletrólitos (publicada em 1884) e propôs uma definição de ácido: 90 Módulo I – Unidade 4: Funções Químicas Inorgânicas Ácido (definição de Arrhenius): compostos neutros que contém hidrogênio e ionizam em água fornecendo H+ (cátion) e o correspondente íon negativo (ânion). Ionizar: formar íons a partir de uma substância que apresente somente ligações covalentes. (veja Unidade 3) De acordo com esta teoria, cloreto de hidrogênio, quando dissolvido em água se ioniza e fornece o cátion H+ e o ânion Cℓ− (equação química 1) H Cℓ H2O + H Cℓ + isto indica o que acontece com o cloreto de hidrogênio (HCℓ) quando colocado em presença de água (H2O). Podemos representar e equação química (1) de outra forma: HCℓ(g) H2O + H(aq) + Cℓ(aq) aq: (aquoso), a espécie química está dissolvida em água. (1.1) representa o estado físico: HCℓ é um gás nas condições ambientes. De forma mais atual, já que nosso conhecimento sobre a estrutura química avançou muito, é adequado representar a ionização de um ácido segundo a equação (2), onde o cátion formado é H3O+ : HCℓ (g) + H2O( ℓ ) + H3O(aq) + Cℓ (aq) (2) ânion cloreto cátion hidrônio 91 Módulo I – Unidade 4: Funções Químicas Inorgânicas ou + H ● ● H ● ● ● Cℓ + O ● ● ● ● H O ● ● H H ● ● ● - + Cℓ H ● (2.1) ● ● Quebra da ligação C – H. Assim, a partir deste momento, representaremos o cátion H+ de Arrhenius de uma forma mais correta, como H3O+. A teoria de Arrhenius forneceu uma primeira explicação do porque que as propriedades dos ácidos são similares. Todas elas resultariam da presença de íons H+ quando ácidos são dissolvidos em água. • Sabor azedo: presença de H3O+ em água. • Tornassol: Quando os íons H+ se ligam ao tornassol azul ele adquire cor vermelha. Como a estrutura química do tornassol é muito complicada, vamos representá-la por Tor. Esquematizando por meio de uma equação química temos: Tor - H+ HTor Isto indica o que acontece quando o tornassol azul é colocado na presença de H+. • As bases consomem íons H3O+, como veremos posteriormente. Veja uma equação química demonstrando isto. H3O+(aq) + Cℓ (aq) + NaOH(aq) como veremos posteriormente, esta substância é uma base. NaCℓ (aq) + 2H2O( ℓ )(3) ℓ: representa que a água está no estado físico líquido. 92 Módulo I – Unidade 4: Funções Químicas Inorgânicas • Quando dissolvidos em água, ácidos se ionizam e produzem o cátion H3O+ e os respectivos ânions. Estes íons (cátions e ânions) são os responsáveis pelo transporte da carga elétrica e assim pela condução de corrente elétrica. • Como os ácidos contêm átomo(s) de hidrogênio em sua estrutura, quando eles reagem com metais podem liberar gás hidrogênio (H2). Um exemplo é dado abaixo. Estas reações são classificadas como de oxi–redução e serão discutidas com maiores detalhes no Módulo II, Unidade 1. Zn(s) + H2SO4(aq) H2 (g) + ZnSO 4(aq) (4) Hidrogênio gasoso, uma substância formada por moléculas de H2. ácido sulfúrico Por que os ácidos se ionizam quando são adicionados à água ? δ+ δ− H Cℓ 3,16 2,20 Resposta: Devido à diferença de eletronegatividade dos elementos. Veja a representação para o HCℓ. Como o cloro é mais eletronegativo (3,16 eV) ele atrai o par de elétrons da ligação para si, deixando o hidrogênio com deficiência de elétrons. Quando HCℓ é adicionado à água, esta rompe a ligação H – Cℓ e o hidrogênio com carga parcial positiva (δ+) vai se ligar a ela, conforme esquema mostrado a seguir. H ● H ● O ● ● + H δ+ ● ● H Cℓ δ− ● H ● ● ● ● O ● ● H representa interação entre O e H 93 ℓ C + ● ● ● ● ● ● (5) Módulo I – Unidade 4: Funções Químicas Inorgânicas Analise outro exemplo para a molécula do ácido hipocloroso (HOCℓ): H O Cℓ 3,16 2,20 3,44 A diferença de eletronegatividade entre O e Cℓ é pequena, assim os pares de elétrons estão melhor distribuídos entre estes dois átomos. Já entre O e H a diferença é grande, assim a ligação é muito polar, e quando ela se rompe o par de elétrons que forma a ligação ficará retido pelo átomo de oxigênio, liberando H+, que se unirá a uma molécula de água do meio formando H3O+ e o ânion OCℓ−. EXERCÍCIO RESOLVIDO 1: Teoria de Arrhenius (UFSC) Svante Arrhenius ao formular sua teoria sobre ácidos e bases, considerou exclusivamente : a) Meio aquoso (o solvente é água) b) Dissociação de eletrólitos com liberação de H+ (H3O+) ou OH−. c) Todo e qualquer meio não aquoso d) As espécies químicas deficientes de elétrons, chamando-as de ácidos. e) As espécies químicas com pares de elétrons disponíveis, chamando-as de bases. Resolução: Item c) Falso. A teoria ácido – base de Arrhenius trata do comportamento das substâncias somente em meio aquoso. Item d) Falso. Esta é uma definição de ácido proposta por Lewis, algum tempo depois de Arrhenius. Item e) Falso. Esta é a definição de Base formulada também por Lewis . 2.3 FÓRMULAS QUÍMICAS E A CLASSIFICAÇÃO DOS ÁCIDOS Existem muitas substâncias químicas que apresentam comportamento característico de ácidos. Parte delas são substâncias orgânicas e esses ácidos são denominados de ácidos orgânicos e serão estudados no Módulo IV que trata da Química Orgânica. 94 Química Orgânica: parte de química que estuda praticamente todos os compostos do elemento carbono. Módulo I – Unidade 4: Funções Químicas Inorgânicas No outro grupo de substâncias estão os ácidos classificados como Inorgânicos. Os principais e mais comuns ácidos inorgânicos estão mostrados na Tabela 1. Tabela 1 – Ácidos Inorgânicos comuns Nome do Ácido Ácido iodídrico Fórmula Molecular Fórmula Estrutural HI H I HBr Ácido bromídrico HCℓ Gás incolor ou levemente amarelado, tóxico e corrosivo. Usado em processamento de alimentos, descapagem de metais, limpeza em geral. É o ácido presente no seu estômago! H Cℓ HF Ácido fluorídrico A temperatura ambiente é um dímero, H2F2. Ataca a sílica (SiO2)n, por isso é usada na marcação (inscrição) de vidros. H F H2 S Ácido sulfídrico Gás incolor com odor semelhante ao de ovo podre. Usado como redutor e em uma série de reações de precipitação. S H H H2SO4 Ácido sulfúrico O S O Gás incolor e de cheiro marcante. Usado como redutor (doador de elétrons). Gás incolor e muito tóxico. Usado em várias sínteses de compostos orgânicos. H Br Ácido clorídrico Características e Exemplos de Uso OH OH 95 Líquido incolor, oleoso, muito corrosivo e higroscópico. O contato com a pele provoca a destruição dos tecidos. Usado na fabricação de medicamentos, fertilizantes, tintas, baterias automotivas, etc. Módulo I – Unidade 4: Funções Químicas Inorgânicas Tabela 1 – Ácidos Inorgânicos comuns (continuação) Nome do Ácido Ácido Nítrico Fórmula Molecular Fórmula Estrutural HNO3 O HO N O Características e Exemplos de Uso Líquido transparente, incolor, tóxico, fumegante e corrosivo. Usado para a fabricação de nitratos (NO3-) para fertilizantes, explosivos, corantes e em síntese orgânica. H3PO4 Ácido Fosfórico O P OH HO OH O H3PO4 é um sólido incolor e cristalino. Em solução aquosa a 85% forma um líquido oleoso. É usado na fabricação de fertilizantes e como acidulante em refrigerantes. HClO4 Ácido Perclórico OH O Cℓ O O Líquido incolor, higroscópico e instável. Em concentrações maiores que 70% explode se aquecido a 70ºC. Usado na fabricação de explosivos, de ésteres e na deposição de chumbo. Obs.: Os Hidrogênios destacados apontados por setas são ionizáveis. Com o passar do tempo e com um conhecimento mais profundo do comportamento e estrutura química dos ácidos, percebeu-se que eles poderiam ser classificados de acordo com algumas propriedades ainda mais específicas. Destacaremos algumas delas: a) Em relação à presença de átomos de oxigênio no ânion: • Hidrácidos: não possuem oxigênio. Ex. : HCℓ, HI. • Oxiácidos: possuem oxigênio no ânion. Ex : H2SO4, H3PO4. 96 Módulo I – Unidade 4: Funções Químicas Inorgânicas b) Em relação ao número de hidrogênios ionizáveis: • Monoácidos: apenas um hidrogênio ionizável. Ex. HNO3 e HF. H3O+ + NO−3 HNO3 + H2O • Biácidos: apresentam dois hidrogênios ionizáveis. 1ª ionização: H2SO 4 + 2ª ionização: HSO4− H2O + H2O equação global: H2SO 4 + 2H2O • (6) H3O+ + HSO4− H3O+ + SO −4 2H3O+ (7) + SO −4 Triácidos: apresentam três hidrogênios ionizáveis. Ex.: H3PO4. equação global: H3PO 4 + 3H2O 3H3O + + PO 43− (8) Preste atenção! Esta seta diferente das anteriores. OBSERVAÇÃO: Por que esta seta é diferente das anteriores? Para respondermos, precisamos mencionar o grau de ionização de um ácido (α ). número de moléculas que se ionizam α = número de moléculas inicialmente dissolvidas Assim, podemos também classificar um ácido segundo seu grau de ionização. 97 Módulo I – Unidade 4: Funções Químicas Inorgânicas c) Em relação ao grau de ionização, α (força do ácido): • Ácidos fortes (α α> 50%): HCℓ, HBr, HI, H2SO4, HNO3, HCℓO4 • Ácidos moderados (5 ≤ α ≤ 50%): HF, H3PO4 • Ácidos fracos (α α < 5%): H2S A partir dos valores de α, pode-se perceber que existe a possibilidade de que quando colocamos ácidos em água, pode ocorrer que nem todas as moléculas adicionadas se ionizam. Em função disto muitas vezes é comum para os ácidos moderados e fracos empregar-se a seguinte representação na equação química: HF(g) + H2O( ℓ ) H3O+(aq) Equilíbrio Químico: tópico muito importante da química que você estudará em maiores detalhes no Módulo III, Unidade 2. + − F(aq) (9) isto indica que há um equilíbrio químico. Na solução obtida, existe um número significativo de moléculas ionizadas e não ionizadas. A seta de ponta dupla indica que na solução obtida existe um número significativo tanto da molécula como de seus íons. Há um equilíbrio entre espécies ionizadas e não ionizadas! EXERCÍCIO RESOLVIDO 2: Ácidos Em relação a H3PO4(aq) julgue se os itens são verdadeiros ou falsos : a) ele pode ser classificado como um triácido b) sua solução aquosa é ácida, devido à presença de íons fosfatos. c) ele é um hidrácido. d) ele está somente parcialmente ionizado. 98 Módulo I – Unidade 4: Funções Químicas Inorgânicas Respostas: Item a) Verdadeiro. Analise sua fórmula de Lewis apresentada na Tabela 1 e você notará que ele apresenta três hidrogênios ligados ao oxigênio, portanto todos ionizáveis, o que permite classificá-lo como um triácido. Item b) Falso. Quem dá o caráter ácido para a solução é o íon H3O+ e não o respectivo ânion do ácido. Veja a equação mostrando a ionização total: 3− PO 4(aq) + H3PO 4(aq) + 3H2O(ℓ ) 3H3O+(aq) responsável pelas características ácidas da solução. Item c) Falso. Pode-se notar a presença de oxigênio no ânion, o que o caracteriza como um oxiácido. Item d) Verdadeiro. Em função do seu grau de ionização ele é classificado como um ácido moderado e, portanto somente parcialmente ionizado, o que está refletido pela seta dupla mostrando um equilíbrio químico entre espécies ionizadas e não ionizadas. 3. BASES O termo base é relativamente moderno e não se tem uma explicação definitiva de como e porquê se começou a empregá-lo para designar uma classe de substâncias químicas. Um termo mais antigo e ainda hoje utilizado como sinônimo de base é alcali. Este termo vem do árabe al qily que significa algo como ‘tostar em uma panela’ ou ‘cinza de plantas calcinadas’. Lavavam-se as cinzas com água e obtinha-se uma solução de carbonato de sódio ou potássio (para usar termos modernos). Isto era misturado com cal e então se obtinha algo que podemos dizer que corresponde atualmente a uma solução de NaOH ou KOH, duas substâncias classificadas como BASES! Este processo foi descrito nos anos 900, mas acredita-se que ele seja muito mais antigo. 99 Muitas vezes diz-se que uma substância é alcalina. Isto significa que suas propriedades são características de uma base. Módulo I – Unidade 4: Funções Químicas Inorgânicas 3.1 PROPRIEDADES Os componentes principais de um sabão resultam da mistura de óleos vegetais ou gorduras animais com bases! Foi somente nos tempos modernos que a natureza química (propriedades observáveis ‘opostas’) das bases com os ácidos foram relatadas. Em 1661 Robert Boyle reuniu também uma série de propriedades que caracterizavam substâncias como álcalis: • Álcalis tem sabor amargo. Você pode verificar isto se por acaso já deixou cair espuma de sabão na boca ou se já tomou ‘leite de magnésia’, um ‘anti-ácido’. Leite de magnésia tem como componente ativo, o hidróxido de magnésio, Mg(OH)2, uma base! NOVAMENTE : JAMAIS VOCÊ DEVE COLOCAR QUALQUER OUTRA BASE OU REAGENTE QUÍMICO NA BOCA! AS CONSEQUÊNCIAS PODEM SER GRAVÍSSIMAS! • Álcalis são escorregadias ao tato (lisas), semelhante ao sabão. Isto ocorre porque as bases reagem com os óleos e gorduras da sua pele e assim diminui a fricção entre seus dedos. Realmente uma base ao entrar em contato com sua pele está fazendo sabão de você! POR ISTO NÃO PERMITA QUE ISSO OCORRA! AS BASES FORTES PODEM PROVOCAR UMA PROFUNDA DESTRUIÇÃO DOS TECIDOS VIVOS! • Álcalis trocam a cor do tornassol vermelho para azul. • Álcalis têm suas propriedades ‘destruídas’ por ácidos. • Bases solúveis em água também são eletrólitos e, portanto produzem soluções capazes de conduzir corrente elétrica. 100 Módulo I – Unidade 4: Funções Químicas Inorgânicas 3.2 DEFINIÇÃO Com a definição de Arrhenius dada para bases, também foi possível um entendimento mais profundo destas propriedades. Bases (Definição de Arrhenius): Qualquer substância que produz somente ânions hidróxido (OH−) quando dissolvida em água e o respectivo cátion. Como as bases inorgânicas mais importantes são compostos iônicos (veja Unidade 3), dizemos que as bases, diferentemente do ácidos, se dissociam ao serem dissolvidas em água. Por exemplo: NaOH(s) H2O − + Na(aq) + OH(aq) (10) por ser um composto com ligações predominantemente iônicas, assume-se que cátions Na+ e os ânions OH- já pré-existam no hidróxido de sódio. De fato não existe ligação 100% iônica, condição para a existência de íons nestes compostos. Por isso o termo « assume-se ». Mas esta suposição é muito útil e explica alguns aspectos do comportamento de compostos iônicos. Por que os ácidos têm suas propriedades destruídas por bases e vice-versa? Vamos tomar como exemplo a reação da base de hidróxido de sódio (NaOH) com o ácido clorídrico (HCℓ). Ao dissolvermos separadamente cada uma das substâncias em água teremos, respectivamente a dissociação da base e a ionização do ácido. NaOH(s) HCℓ (g) + H2O( ℓ ) H2O + − Na(aq) + OH(aq) íon responsável pelas principais características das bases de Arrhenius. + − C ℓ (aq) + H3O(aq) íon responsável pelas principais características dos ácidos de Arrhenius. 101 Módulo I – Unidade 4: Funções Químicas Inorgânicas Veja a equação química que representa o processo que ocorre quando se mistura uma solução aquosa de ácido com uma base forte nas mesmas proporções (equação 11, dada a seguir): − + Na(aq) + OH (aq) + + H3O (aq) − + 2H2O ( ℓ ) + Na(aq) + Cℓ (aq) (11) − + Cℓ(aq) Os íons que eram responsáveis pelas principais características da base e do ácido reagiram formando água. Observe que nos produtos da reação não se tem mais H3O+ e nem OH−. Por isto, podemos dizer que o ácido neutralizou a base ou vice-versa! 3.3 FÓRMULAS QUÍMICAS E CLASSIFICAÇÃO DAS BASES A seguir apresentamos a Tabela 2 na qual constam informações das principais e mais comuns bases inorgânicas. Tabela 2 – Bases inorgânicas Comuns Fórmula/ Nome do composto NaOH Proporção de íons formados em solução aquosa/ Nome dos íons Na+ – cátion sódio Hidróxido de Sódio (soda cáustica)* OH− – hidróxido KOH K+ – cátion potássio Hidróxido de Potássio (potassa)* OH− – hidróxido 102 Características Principais/Usos Sólido branco, cristalino, absorve água e CO2, altamente tóxico e irritante. Usado na fabricação de produtos químicos, Industria têxtil, produtos de limpeza, etc. Sólido branco e cristalino absorve água e CO2 do ar. Tóxico e irritante. Usado na fabricação de sabões moles, processamento de alimentos, eletrólito de baterias etc. Módulo I – Unidade 4: Funções Químicas Inorgânicas Tabela 2 – Bases inorgânicas Comuns (continuação) Fórmula Nome do composto Ca(OH)2 Hidróxido de Cálcio (cal apagada, cal extinta, cal hidratada)* Mg(OH)2 Proporção de íons formados em solução aquosa/ Nome dos íons Ca2+ – cátion cálcio 2 OH− – hidróxido Mg2+ – cátion magnésio Hidróxido de Magnésio 2 OH− – hidróxido NH4OH NH4+ – amônio Hidróxido de amônio OH− – hidróxido Características Principais/Usos Sólido branco, pouco solúvel em água, empregado na construção civil no preparo da argamassa, participa da preparação de vários produtos. É o principal constituinte do ´leite de Magnésia’, que é um antiácido e também tem propriedades laxantes. Hidróxido de amônio é o resultado da reação do gás amônia (NH3) em água. A solução de hidróxido de amônio resultante tem o cheiro forte e característico da NH3(g), que escapa para o meio quando o frasco está aberto. Amônia é altamente tóxica e irritante. Usado em produtos de limpeza, industria de explosivos, tratamento de madeiras, etc. * nome comum. Neste momento é interessante você notar uma coisa: tanto ácido como bases apresentam um grupamento de átomo Somente nas formado por um átomo de oxigênio e um de bases o grupo hidrogênio, o ‘OH’. Mas neste caso não há ionização 0,9 2,20 ‘OH’ recebe a do hidrogênio quando o composto é colocado em 3,44 denominação água. Devido a grande diferença de de hidróxido. eletronegatividade, por exemplo, o grupo OH retêm o elétron do Na quando a ligação se rompe ao se adicionar o composto em água, resultando na formação dos íons Na+(aq) e OH−(aq). NaOH Bases como as apresentadas na Tabela 2 podem ser classificadas, como no caso dos ácidos, em função de algumas propriedades ainda mais específicas. Vejamos algumas. 103 Módulo I – Unidade 4: Funções Químicas Inorgânicas a) Em relação ao número de grupos hidróxidos: • Monobases: possui um grupo hidróxido na fórmula. • Dibases: possuem dois grupos hidróxidos na fórmula. • Tribases: possuem três grupos hidróxidos na fórmula. b) Em relação à solubilidade: • Solúveis: todas as bases de metais alcalinos além do hidróxido de amônio. • Parcialmente Solúveis: bases de metais alcalinos terrosos. • Insolúveis: todas as demais bases. c) Em relação ao grau de ionização (α): • Fortes: as bases de metais alcalinos e alcalinos terrosos. • Fracas: todas as demais. EXERCÍCIO RESOLVIDO 3: Bases (FUVEST – SP) Assinale a alternativa que apresenta dois produtos caseiros com propriedades alcalinas. a) Detergente e Vinagre c) Leite de Magnésia e sabão b) Sal e coalhada d) Coca-cola e água de cal 104 Módulo I – Unidade 4: Funções Químicas Inorgânicas Resposta: Analisemos cada uma das alternativas: a) Detergente pode ser neutro ou levemente alcalino, dependendo da forma como é produzido. Já o vinagre, contém aproximadamente 5% de ácido acético, um ácido orgânico. b) Sal de cozinha, é uma substância que ao ser dissolvida em água se dissocia em cátions Na+(aq) e Cℓ−(aq) não produzindo, portanto, nem H3O+ (ácido) ou OH- (base). Coalhada é ácida devido a presença de ácido lático, um outro ácido orgânico. c) Leite de magnésia, um antiácido e laxante, tem como constituinte principal o hidróxido de magnésio, Mg(OH)2, uma base de metal alcalino terroso. Sabão é levemente alcalino, pois é comum utilizar-se em sua produção hidróxidos de sódio, NaOH ou potássio, KOH. Portanto esta é a alternativa correta. Mas vale a pena analisar os outros itens. d) Coca–cola é ácida, uma vez que em sua formulação emprega-se ácido fosfórico, H3PO4, entre muitas outras substâncias. Já á água de cal é uma suspensão de hidróxido de cálcio, Ca(OH)2 em água. 4. SAIS Diferente do que acontece com ácidos e bases de Arrhenius, não há uma forma simples de se definir se uma substância é um sal apenas analisando a sua fórmula química. Por isto vamos considerar várias propriedades que podem ajudar a caracterizar um sal. 4.1 FORMULAÇÃO E PROPRIEDADES a) Normalmente são sólidos a temperatura e pressão ambientes. b) São compostos que contém pelo menos uma ligação de caráter predominantemente iônico, por isto são classificados como iônicos. c) Quando solúveis em água se dissociam em seus respectivos cátions e ânions. d) Dentre os cátions, pelo menos um é diferente de H3O+. Dentre os ânions, pelo menos um é diferente de OH− . e) Os cátions e ânions podem ser mono ou poliatômicos. 105 Módulo I – Unidade 4: Funções Químicas Inorgânicas É importante lembrar que a formulação sempre segue uma regra básica : coloca-se em primeiro lugar o(s) símbolo(s) do(s) cátion(s) e depois o(s) ânion(s). Veja ao lado. KCℓ cátion K + ânion C ℓ − 4.2 PREPARAÇÃO DOS SAIS Muitos sais podem ser obtidos diretamente da natureza. Você conhece um exemplo disto no seu dia a dia: o sal de cozinha, cujo principal componente é o cloreto de sódio, NaCℓ. Porém alguns são sintetizados em laboratórios e indústrias. Existem três métodos principais: a) Combinação direta. Quando um metal reage com um não-metal, geralmente um sal é formado. Exemplo : reação entre magnésio metálico e gás cloro. Mg(s) + C ℓ 2(g) MgCℓ 2(s) sal (cloreto de magnésio) b) Reação entre um óxido metálico e um ácido. Por exemplo, reação entre óxido de cálcio e ácido nítrico. CaO(s) + Ca(NO3)2(s) + H2O( ℓ ) 2HNO3(aq) sal (nitrato de cálcio) 106 Módulo I – Unidade 4: Funções Químicas Inorgânicas Reação entre um ácido e uma base. Como já mencionamos, um ácido neutraliza uma base e vice-versa, em uma reação de neutralização. Reações entre ácido + base sal + água ácidos e bases fortes podem ocorrer violentamente e mesmo em um laboratório vários cuidados são necessários. Um ponto interessante é que a reação de neutralização do ácido pela base (ou vice-versa) não precisa ser completa. Por isto podemos classificar os sais em três grupos: sais neutros, sais ácidos e sais básicos. 4.3 CLASSIFICAÇÃO a) Sais Neutros. Podem ser originados pela neutralização total de um ácido forte com uma base forte ou de um ácido fraco com uma base fraca. Também são conhecidos como sais normais. Note que não há presença de H+ ou de OH− na fórmula do sal produzido. HBr (aq) + Exemplo : reação entre ácido bromídrico e hidróxido de potássio. KBr (aq) + KOH (aq) H2O ( ℓ ) sal (brometo de potássio) b) Saís ácidos. Podem ser produzidos por uma neutralização parcial de ácido poliprótico por uma base. (neutralização parcial) H3PO 4(aq) + 1NaOH(aq) Este produto contém NaHCO3, um sal ácido. três H ionizáveis 107 NaH2PO 4(aq) + H2O ( ℓ ) dois H ionizáveis (sal ácido) Módulo I – Unidade 4: Funções Químicas Inorgânicas Assim denominados porque eles ainda podem neutralizar bases, pois possuem H ionizáveis em sua estrutura. Na2HPO4(aq) + H2O( ℓ ) NaH2PO 4(aq) + NaOH(aq) c) Saís básicos. Podem ser produzidos por uma neutralização parcial de uma base polihidroxilada por um ácido. A ℓ (OH) 3(g) + 1HCℓ Aℓ (OH) 2C ℓ (s) + H2O ( ℓ ) sal básico Alguns suplementos de cálcio contêm Ca3(OH)3PO4. Estes sais básicos ainda podem neutralizar ácidos em função das hidroxilas presentes. Aℓ (OH)2C ℓ + 1HCℓ Aℓ (OH)Cℓ 2(s) + H2O ( ℓ ) Atenção, não confunda: soluções de sais ácidos não são necessariamente ácidas e soluções de sais básicos não são necessariamente básicas. EXERCÍCIO RESOLVIDO 4: Sais (UECE) Associe corretamente, de cima para baixo as colunas a seguir. I. Na2B4O7.10H2O (II) Sal básico II. Mg(OH)Cℓ (III) Sal duplo III. NaKSO4 (IV) Sal ácido IV. NaHCO3 (I) Sal hidratado 108 Módulo I – Unidade 4: Funções Químicas Inorgânicas Resposta: Seqüência correta : II, III, IV, I. Pode-se notar claramente que o sal II contem OH em sua fórmula, indicando que ele ainda pode neutralizar ácidos, e, portanto é classificado como um sal básico. O sal IV contém H ionizável em sua estrutura, portanto ainda pode neutralizar bases. O sal III é constituído dos cátions Na+ e K+, além do ânion SO42-. Como apresenta dois cátions diferentes, ele é classificado como sal duplo. Deve-se ter em mente que poderia ocorrer o oposto, ou seja, um sal com um cátion e dois ânions, e ele ainda continuaria a ser classificado como um ânion. O sal que restou, o sal I é, portanto um sal hidratado. A hidratação está representada na fórmula pelas 10 moléculas de água, Na2B4O7.10H2O. Água de hidratação 5. ÓXIDOS Oxigênio pode se combinar quimicamente com a grande maioria dos outros elementos da tabela periódica, exceto os gases nobres mais leves e elementos não reativos, como ouro, paládio e platina, para formar compostos binários denominados de óxidos. O composto OF2 não é considerado um óxido, pois o F é mais eletronegativo que o O. Óxidos: compostos binários (formado por dois elementos químicos) dois quais o oxigênio é o elemento mais eletronegativo e está no estado de oxidação formal 2- (O2-). 5.1 CLASSIFICAÇÃO DOS ÓXIDOS As propriedades químicas dos óxidos estão relacionadas com a natureza da ligação entre o oxigênio e o outro elemento. Estas ligações podem ser predominantemente iônicas ou predominantemente covalentes. a) Óxidos Básicos: Ligações predominantemente iônicas • Formados pela reação com metais bastante eletropositivos, como os alcalinos e alcalinos terrosos e alguns metais de transição. Como conseqüência da grande diferença de eletronegatividade a ligação é predominantemente iônica. 109 Módulo I – Unidade 4: Funções Químicas Inorgânicas • Denominados como básicos porque formam bases ao reagir com água: óxido métalico + água hidróxido metálico (base) Na2O(s) + H2O (ℓ ) 2NaOH(aq) BaO (s) + H2O(ℓ ) Ba(OH)2(aq) b) Óxidos Ácidos: Ligações predominantemente covalentes. • Formado pela reação com vários elementos não–metálicos. Em função da menor diferença de eletronegatividade, a ligação é predominantemente covalente. • Denominados como ácidos porque formam ácidos ao reagir com água : óxido não-métalico + água ácido CO 2(g) + H2O( ℓ ) H2CO 3(aq) SO 3(g) + H2O( ℓ ) H2SO 4(aq) c) Óxidos Anfóteros: São óxidos de caráter intermediário entre os ácidos e os básicos.
Anfótero origina-se do grego que significa ‘ambos’. Formados tanto por alguns não – metais como por metais. Dependendo do meio em que se encontram podem reagir como óxidos ácidos ou como óxidos básicos. Veja uma tabela mostrando esta transição, para elementos em seus estados de oxidação máximos. 110 Módulo I – Unidade 4: Funções Químicas Inorgânicas Aumento caráter básico 1 2 13 14 15 16 17 Li2O BeO B2O3 CO2 N2O5 Na2O MgO Aℓ2O3 SiO2 P4O10 SO3 Cℓ2O7 K2O CaO Ga2O3 GeO2 As2O5 SeO3 Br2O7 Rb2O SrO In2O3 SnO2 Sb2O5 TeO3 I2O7 Cs2O BaO Tℓ2O3 PbO2 Bi2O5 PoO3 At2O7 Aumento do caráter ácido LEGENDA: Óxidos básicos Óxidos ácidos Óxidos anfóteros EXERCÍCIO RESOLVIDO 5: óxidos (FUVEST) Cal viva é o óxido de cálcio, CaO. a) Escreva a equação de reação entre a cal viva e a água. b) Por que na agricultura a cal viva é adicionada ao solo ? Respostas: a) O CaO é um óxido básico, portanto quando reagir com água formará a respectiva base. CaO (s) + H2O (ℓ ) Ca(OH) 2(aq) b) Nós sabemos que bases podem neutralizar ácidos. Assim, CaO adicionado no solo pode reagir com a umidade presente transformando-se na base Ca(OH)2. Esta base pode reagir com ácidos que porventura possam estar presentes no solo, neutralizando-os. Assim, CaO é utilizado para a corrigir a acidez do solo, nesta caso, diminuir a acidez do solo. 111 Módulo I – Unidade 4: Funções Químicas Inorgânicas EXERCÍCIOS: 1. (ESAL – MG) Uma solução aquosa de H3PO4 é ácida devido à presença de : (A) Água (B) Hidrogênio (D) Hidrônio (E) Fosfato (C) Fósforo 2. (UNISINOS – RS) Sabendo que, na Tabela Periódica, a eletronegatividade cresce da esquerda para a direita nos períodos, e de baixo para cima nos grupos, ordene os ácidos clorídrico, bromídrico, fluorídrico e iodídrico, por ordem crescente de sua reatividade, nas alternativas abaixo : (A) HF, HCℓ, HBr, HI (B) HI, HBr, HCℓ, HF (C) HF, HCℓ, HI, HBr (D) HF, HI, HCℓ, HBr (E) HI, HF, HBr, HCℓ 3. (FUVEST – SP) Hidroxiapatita, mineral presente em ossos e dentes, é constituída por íons cálcio, íons fostato, PO43-, e íons hidróxido. A sua fórmula química pode ser representada por Cax(PO4)3(OH). O valor de x nesta fórmula é : (A) 1 (B) 2 (C) 3 (D) 4 (E) 5 4. (CESGRANRIO – RJ) Os sais são produtos obtidos pela neutralização total ou parcial dos hidrogênios ionizáveis dos ácidos com as bases ou hidróxidos, segundo a reação genérica : ácido + base  sal + H2O 112 Módulo I – Unidade 4: Funções Químicas Inorgânicas Com base nessa afirmação assinale o único ácido que não apresenta todos os seus produtos possíveis e relacionados: (A) clorídrico – só produz o sal neutro cloreto. (B) nítrico – só produz o sal neutro nitrato. (C) fosfórico – só produz o sal neutro fosfato. (D) sulfídrico – pode produzir tanto o sal neutro sulfeto como o sal ácido, sulfeto ácido ou hidrogenosulfeto. (E) sulfúrico – pode produzi tanto o sal neutro sulfato como o sal ácido sulfato ácido ou hidrogenossulfato. 5. (UFSC) Assinale a alternativa que apresenta, respectivamente, um ácido, uma base, um sal e um óxido. (A) AℓCℓ3, H2O, NaCℓ, Fe2O3. (B) P2O5, KNO3, H2SO4, HCℓ. (C) CℓO3, Aℓ (OH)3, (NH4)2SO4, Na2O (D) Aℓ2(SO4)3, NaOH, H2SO4, H2O. (E) KNO3, BaO, HCℓO4, Aℓ2O3 (F) HNO3, LiOH, Na2S, LiO2 (G) HCℓ, Ba(OH)2, Aℓ2O3, H2S. 6. (UFPA) Considere a reação 2 H2(g) + 1 O2(g)  2 H2O(ℓ) O produto desta reação pertence à função (A) base (B) óxido (C) ácido 113 (D) sal (E) hidreto Módulo I – Unidade 4: Funções Químicas Inorgânicas 7. (UFPA) ‘Gás carbônico fará a acidez do oceano bater recordes’. ‘A queima de combustíveis fósseis aumenta a quantidade de gás carbônico no ar. Parte desse gás se dissolve no oceano e aumenta a acidez da água. Isso prejudica o desenvolvimento de organismos marinhos, como formas de plâncton, corais e outros animais – a formação dos esqueletos e conchas de carbonato de cálcio, essencial para estas formas de vida, fica dificultada com o ambiente ácido’.’ O fragmento do texto ‘Gás carbônico fará acidez do oceano bater recordes’ foi retirado de um jornal de grande circulação no país. Com base no texto e nos conceito de química, é correto afirmar: (A) As substâncias covalentes citadas são gás carbônico e carbonato de cálcio. (B) O aumento de gás carbônico do ar origina-se fundamentalmente por reações de dupla troca entre combustíveis e oxigênio do ar. (C) Excesso de gás carbônico aumenta a acidez (aumenta a quantidade de ácido presente) da água e prejudica os organismos marinhos porque ele é um óxido ácido. (D) O gás carbônico contamina a água do mar, que é uma substância pura, por isto prejudica as várias formas de vida que existem naquele ambiente. (E) O termo ‘gás carbônico’, presente no texto, pode ser substituído pelo termo ‘monóxido de carbono’ sem alterar o sentido das afirmações ali contidas. RESPOSTAS 1. alternativa d. 2. alternativa a. 3. alternativa e. 4. alternativa c. 5. alternativa f. 6. alternativa b. 7. alternativa c. 114