sábado, 10 de abril de 2010

ÁCIDOS

Ácidos no cotidiano: ácido acético - vinagre, ácido cítrico - frutas cítricas.
Introdução
Desde os tempos dos alquimistas, observou-se que certas substâncias apresentavam comportamentos peculiares quando dissolvidos na água. Entre tais propriedades destacavam-se:
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o sabor azedo facilmente identificado em frutas cítricas, como limão, laranja e maçã (a palavra ácido é proveniente do latim acidus - azedo, picante);
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formar soluções aquosas condutoras de eletricidade;
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provocar efervescência, quando em contato com o calcário;
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produzir mudança de cor nos indicadores ácido-base.
Essas substâncias foram denominadas ácidos.
Os ácidos estão presentes em nosso dia-a-dia, como por exemplo: a laranja, o limão e as demais frutas cítricas contém ácido cítrico, a bateria de um automóvel contém ácido sulfúrico, o vinagre contém ácido acético, o ácido clorídrico é constituinte do suco gástrico no estômago, o ácido nítrico 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.
Definição Segundo 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
 Classificação dos Ácidos
Quanto à natureza do ácido
Orgânicos - são compostos que contêm em sua estrutura o grupamento carboxila, composto por um átomo de carbono ligado a um átomo de oxigênio por ligação dupla e a um grupo de hidroxila, por ligação simples:
carboxila

O grupo carboxila também pode ser representado apenas por:
-COOH
O hidrogênio ligado ao átomo de oxigênio do grupo carboxila é considerado o hidrogênio ionizável do ácido, desta forma na sua ionização, teremos:
-COOH H+ + -COO-
Entre os milhares de ácidos orgânicos conhecidos, alguns são de enorme importância para o homem, como por exemplo:
COOH à ácido fórmico (proveniente das formigas)
CH3COOH à ácido acético (extraído no vinagre, acetum – azedo)
Inorgânicos ou minerais - são de origem mineral e dividem-se em hidrácidos e oxiácidos.
Ex.: HCl, HF, HCN, H2SO4, H3PO4, et
Quanto à presença de oxigênio na molécula
Hidrácidos – não possuem oxigênio
Exemplos: HCl, HCN, HF, HI, HBr, H2S, etc.
Oxiácidos – possuem oxigênio
Exemplos: HNO3 , HClO3 , H2SO4, H3PO4, etc.

Quanto ao número de hidrogênios ionizáveis
Monoácidos (ou monopróticos) – apresentam um hidrogênio ionizável.
Exemplos: HCl, HBr, HNO3 , H3PO2 (exceção).
Diácidos (ou dipróticos) – apresentam dois hidrogênios ionizáveis.
Exemplos: H2S, H2SO4 , H3PO3 (exceção).
Triácidos – apresentam três hidrogênios ionizáveis.
Exemplos: H3PO4 , H3BO3.
Tetrácidos – apresentam quatro hidrogênios ionizáveis.
Exemplos: H4SiO4 , H4P2O7.

Quanto ao número de elementos químicos
Binário – dois elementos químicos diferentes.

Exemplos: HCl, H2S, HBr.

Ternário – três elementos químicos diferentes.

Exemplos: HCN, HNO3 , H2SO4 .

Quaternário – quatro elementos químicos diferentes.

Exemplos: HCNO, HSCN


Quanto à volatilidade (ponto de ebulição)
Observação: Por quê se deixarmos um recipiente aberto contendo éter, em pouco tempo, observa-se que o éter desaparecerá?
O éter é um líquido que possui baixo ponto de ebulição e evapora com facilidade à temperatura ambiente. Dizemos neste caso que o éter é uma substância volátil.
Um outro exemplo comum ocorre com o vinagre, o qual possui um odor bastante pronunciado devido à volatilidade do ácido acético, seu principal constituinte.
Ácidos voláteis - ácidos com baixo ponto de ebulição (PE).
Ex.: todos os hidrácidos (HCl, HF, HI, HBr, HCN, H2S), HNO3, HCOOH e CH3COOH.
Ácidos fixos - ácidos com elevado ponto de ebulição (PE).
Ex.: H2SO4 (PE = 340ºC), H3PO4 (PE = 213ºC) e H3BO3 (PE = 185ºC).

Quanto ao grau de ionização (força de um ácido)
Ácidos fortes: possuem α > 50%

Ácidos moderados: 5% α 50%

Ácidos fracos: α < 5%


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 , HMnO4...


m = 2 ácido forte

Exemplos: HNO3 , H2SO4...


m = 1 ácido moderado

Exemplos: H3PO4 , H2SO3 , H3PO3(2 H+), H3PO2(1 H+)


m = 0 ácido fraco

Exemplos: HClO, H3BO3

Observação
1º) O ácido carbônico (H2CO3) é uma exceção, pois é um ácido fraco (α = 0,18%), embora o valor de m = 1
2º) Todos os ácidos carboxílicos são fracos.

Fórmula Estrutural
I. Hidrácidos ( HxE )
Cada hidrogênio está ligado ao elemento por um traço (–) que representa a ligação covalente.

Exemplos
 





II. Oxiácidos (HxEzOy )
Para escrever a fórmula estrutural dos oxiácidos, devemos proceder da seguinte maneira:

1) escrever o elemento central;

2) ligar o elemento central a tantos grupos – OH quantos forem os hidrogênios ionizáveis;

3) ligar o elemento central aos oxigênios restantes através de uma dupla ligação ou por ligação dativa

Exemplos

Observação

Duas exceções importantes, por apresentarem hidrogênios não-ionizáveis, são:

Formulação e Nomenclatura
I. Formulação
O ácido é formado pelo cátion H+ e ânion qualquer (Ax-). Portanto, podemos representar sua fórmula da seguinte maneira:
H+Ax- HxA
II. Nomenclatura

O nome de um ácido é feito basicamente da seguinte forma:

1o) a palavra ácido;
2o) nome do elemento;
3o) terminação ídrico, ico ou oso
 
Hidrácidos (HxE)
 Exemplos
HCl ácido clorídrico
HBr ácido bromídrico
HCN ácido cianídrico
H2S ácido sulfídrico
HI ácido iodídrico


Oxiácidos (HxEzOy)

Neste caso, como o mesmo elemento pode formar vários oxiácidos, estabelecemos um oxiácido padrão a partir do qual daremos nomes aos demais.

• Oxiácido padrão

ácido       nome de E        ico

Regra geral para elementos que formam 2 ou mais oxiácidos:

Como vemos na tabela acima, todo oxiácido padrão tem terminação ico. Se tivermos um ácido com:

a) um oxigênio a mais que o padrão, acrescentamos o prefixo per;

b) um oxigênio a menos que o padrão, a terminação muda para oso;

c) dois oxigênios a menos que o padrão, a terminação continua oso e acrescentamos o prefixo hipo.


Resumindo temos:
Aplicando esta regra, ficamos com:


Regra quando varia o grau de hidratação

Resumindo temos:


Exemplos





Ionização dos Ácidos
A ionização de um ácido, como já vimos anteriormente, na própria definição de ácido de Arrhenius, é a reação do ácido com a molécula de água, produzindo o cátion H3O+.
Se um ácido possui dois ou mais hidrogênios ionizáveis (poliácido), a ionização ocorre em etapas.
Exemplos
a)



b)



c)



d)



e)


Nomenclatura dos Ânions
Podemos considerar que os ânions são provenientes dos ácidos.
Assim, temos:
HF = ácido fluorídrico F- = fluoreto
HCl = ácido clorídrico Cl- = ânion cloreto
HBr = ácido bromídrico Br- = ânion brometo
HI = ácido iodídrico I- = ânion iodeto
HCN = ácido cianídrico CN- =  ânion cianeto
HNO3 = ácido nítrico NO3- = ânion nitrato
HNO2 = ácido nitroso NO2- = ânion nitrito
HClO3 = ácido clórico ClO3- = ânion clorato
HClO4 = ácido perclórico ClO4- = ânion perclorato
HClO2 = ácido cloroso ClO2- = ânion clorito
HClO = ácido hipocloroso ClO- = ânion hipoclorito
CH3COOH = ácido acético CH3COO- = ânion acetato


 
HIDROGENO ÂNIONS
São ânions que possuem um ou mais hidrogênios ionizáveis em sua fórmula. Sua nomenclatura segue a seguinte regra:
Mono, di ou tri (nº de H ionizáveis) + hidrogeno + nome do ânion normal
Ou ainda:
Nome do ânion normal + mono, di ou tri (nº de H ionizáveis) + ácido
Observações:
1º) A colocação do prefixo mono é opcional;
2º) Os hidrogeno ânions provenientes de diácidos, o nome pode ser formado acrescentando-se o prefixo BI.
 
Exemplo 1:
H2S H+ + HS-
HS- H+ + S2-
Desta forma, teremos:
H2S
HS-
S2-
Ácido sulfídrico
(Mono)Hidrogeno sulfeto
Sulfeto (mono)ácido
Bissulfeto
Sulfeto
Exemplo 2:
H2SO4 H+ + HSO4-
HSO4- H+ + SO42-
Desta forma, teremos:
H2SO4
HSO4-
SO42-
Ácido sulfúrico
(Mono)Hidrogeno sulfato
Sulfato (mono)ácido
Bissulfato
Sulfato
 
Exemplo 3:
H3PO4 H+ + H2PO4-
H2PO4- H+ + HPO42-
HPO42- H+ + PO43-
Desta forma, teremos:
H3PO4
H2PO4-
HPO42- (*)
PO43-
Ácido Fosfórico
Di-hidrogeno fosfato
Fosfato diácido
(Mono)Hidrogeno fosfato
Fosfato (mono)ácido
Fosfato
(*) Observe que para o hidrogeno fosfato não foi utilizado o prefixo BI, pois o ânion é proveniente de um triácido.
Exemplo 4:
H2CO3 H+ + HCO3-
HCO3- H+ + CO32-
Desta forma, teremos:
H2CO3
HCO3-
CO32-
Ácido carbônico
(Mono)Hidrogeno carbonato
Carbonato (mono)ácido
Bicarbonato
Carbonato



Apesar de esses ânions apresentarem hidrogênios, estes não são ionizáveis

APLICAÇÕES DOS PRINCIPAIS ÁCIDOS DO COTIDIANO

Ø  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.
Ø  Ácido fluorídrico (HF)
 · Tem a particularidade de corroer o vidro, devendo ser guardado em frascos de plástico, por esta razão é usado para fazer gravações sobre o vidro.
Vidro de um automóvel com gravação do número do chassi feita com HF
Ø  Ácido cianídrico (HCN)
 · O HCN é o gás de ação venenosa mais rápida que se conhece: uma concentração de 0,3 mg por litro de ar é imediatamente mortal;
 · É o gás usado nos estados americanos do Norte que adotam a pena de morte por câmara de gás;
 · A primeira vítima do HCN foi seu descobridor, Carl Wihelm Scheele, que morreu ao deixar cair um vidro contendo solução de HCN.
Câmara de gás utilizado em execuções nos EUA
Ø  Ácido sulfídrico (H2S)
· O H2S é um gás incolor, mais pesado do que o ar e inflamável com um forte odor desagradável de ovos podres. Esse gás é algumas vezes referido como "gás de cano de esgoto". Em pequenas concentrações ele pode irritar os olhos e atuar como depressivo; em elevadas concentrações ele pode provocar irritação do sistema respiratório superior e, durante longas exposições, edema pulmonar. Sendo mais denso que o ar, o H2S pode acumular-se em depressões e cavernas.
Aquecendo as mãos no geiser (deserto chileno nos andes) que elimina H2S com odor de ovo podre.
Ø  Ácido sulfúrico (H2SO4)
· 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;
Bateria automotiva contendo solução de H2SO4
· 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.
     S + O2(g) → SO2(g) + 1/2 O2(g) → SO3(g) + H2O(l) → H2SO4(aq)
 impureza      ar                                           ar                                 água da chuva            chuva ácida
 dos derivados
 do petróleo

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.

Ø  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
Ø  Ácido fosfórico (H3PO4)
· Os seus sais (fosfatos) têm grande aplicação como fertilizantes na agricultura;
· É usado como aditivo (acidulante) em refrigerantes como Coca-Cola.
Refrigerante contendo H3PO4 como acidulante
Ø  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 à H2CO3
· Responsável pelo processo de formação da chuva ácida em ambientes não poluídos na ausência de descargas elétricas.
CO2(g) + H2O(l) Û H2CO3(aq) Û H+(aq) + HCO31-(aq)
 
Bebidas contendo ácido carbônico (H2CO3)

Ø  Ácido acético (H3C-COOH)
· É o ácido constituinte do vinagre, utilizado com condimento na culinária;
· O vinagre é uma solução aquosa contendo de 3 a 7% de ácido acético.
Vinagre contendo 3% a 7% de ácido acético

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