Módulo 2 - Aula 24 - Equilíbrio Químico

Módulo 01 - Aula 16 - Funções Inorgânica: Ácidos de Arrhenius e Bases de Arrhenius


Atualmente, são inúmeras as substâncias conhecidas e catalogadas na Química, e estudá-las individualmente seria praticamente impossível. Agrupá-las de acordo com propriedades e características químicas semelhantes foi a solução encontrada para tal problema. A esses conjuntos de substâncias com propriedades e características semelhantes chamamos funções químicas.
Uma função química pode ser caracterizada por um átomo ou grupo de átomos, neutros ou carregados, responsáveis pela semelhança no comportamento químico das diferentes substâncias que compõem a função.
Iremos agora estudar as funções inorgânicas, que são os ácidos, as bases, os sais e os óxidos.

TEORIA DE ARRHENIUS
Arrhenius, inicialmente, classificou as substâncias em eletrólitos e não eletrólitos, conforme suas espécies químicas formassem ou não íons ao serem dissolvidas em água.
Ele demonstrou que os não eletrólitos não conduziam corrente porque suas estruturas mantinham-se inalteradas quando em solução aquosa.


Arrhenius dizia que uma solução só seria eletrolítica se sofresse o processo de ionização ou dissociação para haver a liberação de íons.

DISSOCIAÇÃO
É o processo que ocorre com compostos iônicos em que há a separação dos íons já existentes devido à quebra do retículo cristalino, pela presença do solvente ou fusão do sólido.

Dissociação separação de íons preexistentes.

Exemplo: O cloreto de sódio sofre dissociação em meio aquoso, conforme a seguinte equação:

Quando há a separação dos íons, as moléculas de água envolvem os cátions e ânions (solvatação).

No estado líquido, os compostos iônicos também se encontram dissociados, uma vez que o aquecimento afasta os íons, rompendo o retículo cristalino.

A ionização também pode ser denominada dissociação, termo frequentemente empregado em questões de vestibulares. O raciocínio utilizado para essa denominação é o de que, antes do processo de ionização, átomos ou grupos de átomos estavam ligados (associados) e, durante o processo de dissociação, houve a ruptura de ligações, originando íons. Sendo assim, esses átomos ou grupo de átomos não estão mais associados, tendo havido, portanto, uma dissociação.

GRAU DE IONIZAÇÃO OU DISSOCIAÇÃO (α)

Para medir a extensão de uma ionização ou dissociação, utiliza-se o cálculo do percentual de estruturas que ionizam ou dissociam, α:
O critério utilizado para classificar um eletrólito, quanto à sua força, é a condutividade elétrica de sua solução aquosa. Eletrólitos fortes apresentam soluções aquosas com grande quantidade de íons dissolvidos, portanto, apresentam alta condutividade elétrica.

ÁCIDOS
      A Teoria de Arrhenius, para as funções inorgânicas, baseia-se nos processos de ionização ou dissociação dos compostos em meio aquoso.
         Segundo Arrhenius, ácidos são todos os compostos que, dissolvidos em água, sofrem ionização, liberando, como único cátion, o íon H+. Os ácidos são compostos exclusivamente moleculares.
Em meio aquoso, o íon H+ é capturado pela água, dando origem ao íon hidrônio ou hidroxônio.
OBSERVAÇÃO
• Os ácidos com mais de um hidrogênio ionizável* liberam o H+ em etapas sucessivas.
* Hidrogênio ionizável é todo átomo de hidrogênio que pode ser liberado na forma de íon H+, quando o composto é dissolvido em água.
Quanto ao número de hidrogênios ionizáveis
• Monoácidos (1 H+): HCl, HNO3, HCN
• Diácidos (2 H+): H2SO4, H2CO3, H2S
• Triácidos (3 H+): H3PO4, H3BO3
• Tetrácidos (4 H+): H4P2O7, H4SiO4
OBSERVAÇÃO: • Não são comuns ácidos com mais de 4 H+.

Quanto à força (de acordo com o grau de ionização)

Para os hidrácidos:
Fortes: HCl < HBr < HI
Médio: HF
Fracos: os demais
Para comparar a força entre os hidrácidos de uma série, formados por elementos de uma mesma família, é necessário levar em consideração o raio atômico desses elementos. No caso da série HF, HCl, HBr e HI, os átomos de flúor, cloro, bromo e iodo apresentam raios atômicos diferentes. A ligação H—I é mais fraca que a ligação H—F, apesar de ser menos polar, devido ao fato de o raio atômico do iodo ser maior do que o raio atômico do flúor. Quanto maior for o comprimento de uma ligação, mais facilmente esta será rompida, tornando o composto um eletrólito forte. Comparando-se os elementos de uma mesma família, o raio atômico aumenta com o aumento do número atômico, facilitando a ionização do ácido. Assim, a ordem crescente de força dos hidrácidos é HF < HCl < HBr < HI.

Para os oxiácidos:
Podemos determinar a força de um oxiácido a partir da seguinte regra prática:
Exemplos:
HClO 1 – 1 = 0 (fraco)
HNO2 2 – 1 = 1 (médio)
H2SO4 4 – 2 = 2 (forte)
HClO4 4 – 1 = 3 (muito forte)

OBSERVAÇÃO
• Essa regra não é válida para o H2CO3, que é fraco. O ácido carbônico sofre decomposição, diminuindo a quantidade de moléculas que podem realizar ionização:
H2CO3(aq) → CO2(g) + H2O(l)

Cuidado!
H3PO3 apesar de possuir 3 hidrogênios, somente 2 são ionizáveis (diácido 2 H+).
H3PO2 possui somente 1 hidrogênio ionizável (monoácido 1 H+).
Somente os hidrogênios ligados a oxigênios nos oxiácidos são ionizáveis, devido à grande diferença de eletronegatividade entre os dois, o que facilita a quebra da ligação e a liberação do hidrogênio, na forma iônica.

Para comparar a força entre oxiácidos de uma série, formados por elementos de uma mesma família e com mesmo número de oxigênios, é necessário levar em consideração a eletronegatividade desses elementos. No caso da série HClO, HBrO e HIO, o número de oxidação do halogênio é igual a +1 e a diferença entre o número de oxigênios e hidrogênios é zero em todos os compostos. No entanto, os átomos de cloro, bromo e iodo apresentam eletronegatividades diferentes, característica que vamos usar para comparar a força dos ácidos. Nesses compostos, o hidrogênio encontra-se ligado ao oxigênio, que está ligado ao halogênio. A ligação OH será mais polarizada, portanto, o ácido será mais forte quanto mais eletronegativo for o halogênio. Comparando-se os elementos de uma mesma família, a eletronegatividade diminui com o aumento do número atômico. Assim, a ordem crescente de força dos ácidos é HIO < HBrO < HClO.
Para comparar a força entre oxiácidos de uma série, formados pelo mesmo elemento químico e com diferentes números de oxigênios, é necessário levar em consideração a polarização da ligação OH, gerada pelos grupos ligados à hidroxila.
No caso da série HClO, HClO2, HClO3 e HClO4, as hidroxilas estão ligadas, respectivamente, aos seguintes grupamentos: Cl, ClO, ClO2 e ClO3. Como o grupamento ClO3 apresenta mais átomos eletronegativos, ele deslocará a densidade eletrônica da ligação OH na direção do átomo de oxigênio, pois parte da densidade eletrônica desse elemento é deslocada na direção do cloro. A ligação OH será mais polarizada, por isso, o ácido HClO4 será o mais forte. Portanto, quanto mais eletronegativo for o átomo ligado à hidroxila e quanto maior for o número de átomos de oxigênios ligados ao elemento central, maior será a força do ácido. Assim, a ordem crescente de força dos ácidos é HClO < HClO2 < HClO3 < HClO4. Na ionização dos ácidos, ocorre a formação de um equilíbrio químico. No caso de um eletrólito forte, a maioria das partículas, na maior parte do tempo, encontra-se na forma de íons. Já no caso de um eletrólito fraco, a maioria das partículas, na maior parte do tempo, encontra-se na forma de moléculas.

Quanto à volatilidade
• Ácidos fixos (são sólidos ou líquidos pouco voláteis): H3PO4, H3BO3 e o mais fixo de todos, H2SO4.
• Ácidos voláteis (são gases ou líquidos voláteis): HCl, H2S, HCN(gases) e HNO3(líquido) .
A volatilidade de um ácido no estado líquido será menor quanto mais intensas forem as suas interações intermoleculares. Quanto maior for a polaridade das moléculas do ácido, mais fortes serão essas interações e menos volátil será o ácido. Como o ácido cujas interações intermoleculares são mais intensas é o ácido sulfúrico, este também é o ácido menos volátil.

Nomenclatura dos Ácidos

Hidrácidos
Retira-se a terminação -eto do ânion de origem e acrescenta-se a terminação -ídrico, precedida pela palavra ácido.
Ácido ____________________ ídrico
             (nome do ânon – eto)


OBSERVAÇÃO
• HCl também pode ser chamado de cloreto de hidrogênio, quando puro no estado gasoso.

Oxiácidos

Retiram-se a terminações -ito e -ato do ânion de origem e acrescentam-se a terminações -oso e -ico, respectivamente, precedidas pela palavra ácido. 
• Quanto à diferença do grau de hidratação: Alguns oxiácidos diferem-se pela quantidade de água que estaria envolvida na sua formação. Esses oxiácidos recebem os prefixos orto-, piroe meta-, respectivamente, indicando a quantidade de água decrescente.
Exemplo: 

PRINCIPAIS ÁCIDOS DO COTIDIANO
BASES OU HIDRÓXIDOS
Segundo Arrhenius, bases são todos os compostos que por dissociação, em solução aquosa, originam como único ânion o OH, hidroxila ou oxidrila.
A maioria das bases são metálicas. A base não metálica mais importante é NH4OH.
Vejamos, a seguir, as equações de dissociação de algumas bases:
NaOH(s) → Na+ (aq) + OH(aq)
Ba(OH)2(s) → Ba2+ (aq) + 2OH (aq)
Mn(OH)4(s) → Mn4+ (aq) + 4OH(aq)

No processo de dissociação das bases, todas as hidroxilas são liberadas. As polibases dissociam-se por etapas, liberando uma hidroxila por vez.

CLASSIFICAÇÃO DAS BASES
Quanto ao número de hidroxilas
• Monobase (possuem 1 OH): NaOH, KOH, NH4OH.
• Dibase (possuem 2 OH): Ca(OH)2, Fe(OH)2.
• Tribase (possuem 3 OH): Al(OH)3, Fe(OH)3.
• Tetrabase (possuem 4 OH): Sn(OH)4, Mn(OH)4, Pb(OH)4.
OBSERVAÇÃO
• Não são comuns bases que possuem mais de 4 OH.

Quanto à solubilidade em água
• Solúveis: Hidróxidos da família IA (1) (NaOH, KOH, etc.) e NH4OH.
• Parcialmente solúveis: Hidróxidos da família IIA (2) (Ca(OH)2, Mg(OH)2, etc.).
• Praticamente insolúveis: Todos os demais hidróxidos (CuOH, Fe(OH)3, etc.).

Quanto ao grau de dissociação (α)
• Bases fortes: Possuem α > 50%. São os hidróxidos das famílias IA (1) e IIA (2), que constituem bases de natureza iônica. Uma exceção importante é o Mg(OH)2, uma base fraca utilizada contra acidez estomacal. • Bases fracas: Possuem α < 5%. São todos os demais hidróxidos, que são bases de natureza molecular ou de baixa solubilidade.
A força de uma base está intimamente relacionada à sua solubilidade. Quanto maior a sua solubilidade, maior será o número de íons hidroxila e de cátions que se desprenderão da rede iônica e, consequentemente, maior será a condutividade elétrica da solução. A amônia, por exemplo, é um eletrólito fraco, pois, em solução aquosa, a maioria das partículas de amônia na maior parte do tempo encontram-se na forma de moléculas.

FORMULAÇÃO DAS BASES
Uma base é sempre formada por uma espécie positiva e pelo ânion hidroxila, OH. A carga do radical positivo deverá determinar a quantidade de hidroxilas de uma base, para que as cargas sejam neutralizadas. 

NOMENCLATURA DAS BASES
Escreve-se a palavra hidróxido seguida da preposição “de” e do nome do cátion ligado à hidroxila.
Hidróxido de ________________________________
                        (nome do cátion ligado à hidroxila)

Exemplos: NaOH: Hidróxido de sódio
Ca(OH)2: Hidróxido de cálcio
NH4OH: Hidróxido de amônio
Al(OH)3: Hidróxido de alumínio

Porém, quando o cátion possui mais de um NOx, devemos escrever, após o nome do elemento e em algarismo romano, o NOx do mesmo. 

Exemplos: Fe(OH)2 Fe2+: Hidróxido de ferro (II)
Fe(OH)3 Fe3+: Hidróxido de ferro (III)
Uma outra nomenclatura dá ao elemento com maior NOx o sufixo -ico, e com menor NOx o sufixo -oso.
Exemplos:
Fe(OH)2: Hidróxido ferroso
Fe(OH)3: Hidróxido férrico
CuOH Cu+: Hidróxido de cobre (I) ou cuproso
Cu(OH)2 Cu2+: Hidróxido de cobre (II) ou cúprico

CARACTERÍSTICAS DAS BASES
Sabor
As bases apresentam sabor cáustico ou adstringente. Esse tipo de sabor é popularmente conhecido como sabor que “amarra a boca”, como o da banana e o do caqui quando não estão maduros.

Condutividade elétrica
As bases solúveis são eletrólitos fortes e conduzem corrente elétrica em solução aquosa e no estado fundido. Contudo, as bases insolúveis conduzem corrente elétrica apenas no estado fundido.
• Parcialmente solúveis: Hidróxidos da família IIA (2) (Ca(OH)2, Mg(OH)2, etc.).
• Praticamente insolúveis: Todos os demais hidróxidos (CuOH, Fe(OH)3, etc.).

Ação recíproca com os ácidos
As bases apresentam ação recíproca com os ácidos, ou seja, na junção de um ácido com uma base, um irá “anular” a ação química do outro; a esse processo denominamos neutralização ácido-base. Os processos de neutralização ácido-base também podem ser denominados processos de salificação, pois um dos produtos dessa reação é um sal.

Interação com indicadores
Os ácidos e bases ainda têm a propriedade de mudar a cor de determinadas substâncias chamadas de indicadores ácido-base. Veja os três indicadores ácido-base mais importantes e suas respectivas colorações no meio ácido e básico.
Valores na escala de pH
A escala de pH é uma escala utilizada para determinarmos a acidez, a neutralidade ou a basicidade de uma solução aquosa. A escala de pH é uma escala logarítmica que, para soluções diluídas, apresenta valores compreendidos entre 0 e 14, a 25ºC
pH menor que 7,0 ácido (0 a 7,0)
pH exatamente 7,0 neutro (7,0)
pH maior que 7,0 básico (7 a 14)

A 25 ºC, uma solução
• é neutra quando a quantidade de íons H3O+ (aq) é igual à quantidade de íons OH (aq). Nessa situação, o valor de pH é igual a 7;
• é ácida quando a quantidade de íons H3O+ (aq) é maior do que a quantidade de íons OH− (aq). Nessa situação, o valor de pH é menor do que 7. Quanto menor for o pH de uma solução, mais ácida será a solução;
• é básica quando a quantidade de íons H3O+ (aq) é menor do que a quantidade de íons OH (aq). Nessa situação, o valor de pH é maior do que 7. Quanto maior for o pH de uma solução, mais básica será a solução.
Como a escala de pH é logarítmica de base 10, cada diferença de uma unidade na escala de pH corresponde a uma diferença de concentração de íons H3O+ (aq)  de 10 vezes.

Exemplos:
Uma solução que apresenta pH igual a 2 é 1 000 vezes mais ácida do que uma solução que apresenta pH igual a 5. Como a diferença de pH entre as duas soluções é igual a 3 unidades, a concentração de íons H3O+ (aq) na solução de pH igual a 2 é 103 vezes maior do que a concentração de íons H3O+ (aq)  na solução de pH igual a 5.
Uma solução que apresenta pH igual a 12 é 100 vezes mais básica do que uma solução que apresenta pH igual a 10. Como a diferença de pH entre as duas soluções é igual a 2 unidades, a concentração de íons H3O+ (aq) na solução de pH igual a 12 é 102 vezes menor do que a concentração de íons H3O+ (aq) na solução de pH igual a 10.

PRINCIPAIS BASES DO COTIDIANO

Nenhum comentário:

Postar um comentário