Apostila, Notas de estudo de Química

Baixe Apostila e outras Notas de estudo em PDF para Química, somente na Docsity! LIGAÇÕES QUÍMICAS e FUNÇÕES INORGÂNICAS 1. ÁCIDOS 1.1 Introdução Desde os tempos dos alquimistas, observou-se que certas substâncias apresentavam comportamentos peculiares quando dissolvidos na água. Entre tais propriedades destacavam-se: - o sabor azedo facilmente identificado em frutas cítricas, como limão, laranja e maçã (a palavra ácido é proveniente do latim acidus - azedo, picante); -- formar soluções aquosas condutoras de eletricidade; - provocar efervescência, quando em contato com o calcário; - produzir mudança de cor nos indicadores ácido-base. Os ácidos estão presentes em nosso dia-a-dia, como por exemplo: a laranja, o limão e as demais frutas cítricas contém ácido cítrico(C6H8O7), a bateria de um automóvel contém ácido sulfúrico (H2SO4), o vinagre contém ácido acético (C2H4O2), o ácido clorídrico (HCl) é constituinte do suco gástrico no estômago, o ácido nítrico (HNO3) é utilizado para produzir explosivos como o TNT. De um modo geral os ácidos são tóxicos e corrosivos, portanto deve-se evitar contato com a pele, ingeri-los ou respirá-los. 1.2 Definição de ácido de Arrhenius Ácido é todo composto molecular que, em solução aquosa, se ioniza, produzindo exclusivamente como cátion o H3O+ (hidroxônio). HCl + H2O H3O+ + Cl– HCN + H2O H3O+ + CN– No entanto, o cátion Hidroxônio (H3O+) pode ser representado por H+: HCl H+ + Cl– HCN H+ + CN– 1.3 Classificação dos ácidos a) Quanto ao número de hidrogênios ionizáveis Monoácidos (ou monopróticos) – apresentam um hidrogênio ionizável. Exemplos: HCl (ácido clorídrico), HBr (ácido brômico), HNO3 (ácido Nítrico) , H3PO2 (ácido hipofosforoso) (exceção). Diácidos (ou dipróticos) – apresentam dois hidrogênios ionizáveis. Exemplos: H2S (gás sulfídrico), H2SO4(ácido sulfúrico), H3PO3 (ácido fosforoso) (exceção). Triácidos – apresentam três hidrogênios ionizáveis. Exemplos: H3PO4(ácido fosfórico) , H3BO3(ácido bórico). Tetrácidos – apresentam quatro hidrogênios ionizáveis. Exemplos: H4SiO4 (ácido ortossilícico) , H4P2O7 (ácido pirofosfórico). Os ácidos com 2 ou mais hidrogênios ionizáveis são denominados poliácidos. b) De acordo com a presença ou não de oxigênio na molécula Hidrácidos – não possuem oxigênio Exemplos: HCl, HCN (cianeto de hidrogênio), HF, HI, HBr, H2S, etc. Oxiácidos – possuem oxigênio Exemplos: HNO3 , HClO3 , H2SO4, H3PO4, etc. c) De acordo com o grau de ionização ( força de um ácido) Ácidos fortes: possuem α > 50% Ex.: HCl (α=92%) , H2SO4(α=61%) Ácidos moderados: 5% α 50% Ex.: HF (α=8%) , H3PO4(α=27%) Ácidos fracos: α < 5% Ex.: HCN (α=0,008%) , H2CO3(α=0,18%) Regra Prática para Determinação da Força de um Ácido I. Hidrácidos Ácidos fortes: HI > HBr > HCl. Ácido moderado: HF. Ácidos fracos: demais. II. Oxiácidos Sendo HxEzOy a fórmula de um ácido de um elemento E qualquer, temos em que: se: m = 3 ácido muito forte Exemplos: HClO4 (ácido perclórico) , HMnO4 (ácido permangânico)... m = 2 ácido forte Exemplos: HNO3(ácido nítrico) , H2SO4... m = 1 ácido moderado Exemplos: H3PO4 , H2SO3 (ácido sulfuroso), H3PO3(2 H+), H3PO2(1 H+) m = 0 ácido fraco Exemplos: HClO (ácido hipocloroso), H3BO3 (ácido bórico) Observação 1º) O ácido carbônico (H2CO3) é uma exceção, pois é um ácido fraco (α = 0,18%), embora tenha valor de m = 1 2º) Todos os ácidos carboxílicos são fracos. 1.4 Fórmula dos ácidos Fórmula Estrutural I. Hidrácidos ( HxE ) Cada hidrogênio está ligado ao elemento por um traço (–) que representa a ligação covalente. Exemplos: · É o ácido mais utilizado e importante nas indústrias e nos laboratórios, conhecido como “burro de carga”. O poder econômico de um país pode ser avaliado pela quantidade de ácido sulfúrico que ele fabrica e consome; · O maior consumo de ácido sulfúrico é na fabricação de fertilizantes, como os superfosfatos e o sulfato de amônio; · É o ácido dos acumuladores de chumbo (baterias) usados nos automóveis; · É consumido em enormes quantidades em inúmeros processos industriais, como processos da indústria petroquímica, fabricação de papel, corantes, etc; · O ácido sulfúrico concentrado é um dos desidratantes mais enérgicos. Assim, ele carboniza os hidratos de carbono como os açúcares, amido e celulose; a carbonização é devido à desidratação desses materiais; C12H22O11(s) 12 C(s) + 11 H2O(v) Sacarose Carvão Adicão de ác. sulfúrico ao açúcar com desidratação e formação de carvão com expansão de massa. · O ácido sulfúrico "destrói" o papel, o tecido de algodão, a madeira, o açúcar e outros materiais devido à sua enérgica ação desidratante; · O ácido sulfúrico concentrado tem ação corrosiva sobre os tecidos dos organismos vivos também devido à sua ação desidratante. Produz sérias queimaduras na pele. Por isso, é necessário extremo cuidado ao manusear esse ácido; · As chuvas ácidas em ambiente poluídos com dióxido de enxofre contêm H2SO4 e causam grande impacto ambiental. Efeitos da chuva ácida: estátua antes e depois da exposição à chuva ácida, floresta negra na Alemanha em 1970 e 1983 depois da exposição à chuva ácida. Ácido clorídrico (HCl) · O ácido impuro (técnico) é vendido no comércio com o nome de ácido muriático; Recipiente contendo ácido muriático · É encontrado no suco gástrico, produzido pelas células parietais, responsável pela acidez estomacal; Esquema representativo do estômago contento suco gástrico (HCl) · É um reagente muito usado na indústria e no laboratório; · É usado na limpeza de pisos após a caiação das paredes (cal hidratada Ca(OH)2 , para remover os respingos de cal; HCl(aq) + Ca(OH)2(s) → CaCl2(aq) + 2 H2O · É usado na limpeza de superfícies metálicas antes da soldagem dos respectivos metais. Ácido nítrico (HNO3) · Depois do sulfúrico, é o ácido mais fabricado e mais consumido na indústria. Seu maior consumo é na fabricação de explosivos, como nitroglicerina (dinamite), trinitrotolueno (TNT), trinitrocelulose (algodão pólvora) e ácido pícrico e picrato de amônio; · É usado na fabricação do salitre (NaNO3, KNO3) e da pólvora negra (salitre + carvão + enxofre); Pólvora negra: (Salitre - KNO3 + Carvão - C + Enxofre - S) · As chuvas ácidas em ambientes poluídos com óxidos do nitrogênio contém HNO3 e causam sério impacto ambiental. Em ambientes não poluídos, mas na presença de raios e relâmpagos, a chuva também contém HNO3, mas em proporção mínima; N2(g) + O2(g) → 2 NO(g) + O2(g) → 2 NO2(g) + H2O(l) → HNO2 + HNO3 · O ácido nítrico concentrado é um líquido muito volátil; seus vapores são muito tóxicos. É um ácido muito corrosivo e, assim como o ácido sulfúrico, é necessário muito cuidado para manuseá- lo. Explosão realizada através do uso do TNT obtido a partir do HNO3 Ácido carbônico (H2CO3) · É o ácido das águas minerais gaseificadas e dos refrigerantes. Forma-se na reação do gás carbônico com a água: CO2 + H2O F 0E 0 H2CO3 · Responsável pelo processo de formação da chuva ácida em ambientes não poluídos na ausência de descargas elétricas.