Introdução Fatos Experimentais Substâncias orgânicas x inorgânicas Conceituação de ácidos e bases

2. Índice • Introdução • Fatos Experimentais • Substâncias orgânicas x inorgânicas • Conceituação de ácidos e bases • Ácidos • Bases • Vamos praticar • Contextualização - A Química Industrial

3. Ficha Técnica • Por que precisamos conhecer este assunto? Ácidos e bases são os dois tipos mais comuns de substâncias no laboratório e no mundo cotidiano. Precisamos saber coo reconhecê-los, quais são as suas reações caracteristicas e por que elessão substâncias químicas tão importantes. Veremos que a coservação das concentrações dos ácidos e das bases dentro de certos limites em células de plantas e de animais é necessária para a sobrevivências dos organismos vivos, e que o controle da acidez das águas da chuva, das águas naturais dos lagos e rios, e daágua corrente fornecida nas cidades é necessário para manter a sociedade humana. • O que precisamos conhecer previamente? Este capítulo desenvolve a introdução sobre ácidos e bases dada no capítulo anterior que tratou do estudo das soluções eletroliticas. Também são ilustrados os princípios da termodinamica e do equilibrio químico. Em menor extensão, são usados os conceitos de ligação de hidrogênio, de polaridade de ligações e de força de ligações.

4. Introdução Veja as próximas cenas deste capítulo ... • Todos os alimentos de sabor azedo apresentam algo em comum: um certo íon, que é o responsável por esse sabor. Que íon será esse? • Você sabia ? Que existe uma relação entre o índice de desenvolvimento de um país com a produção de ácido sulfúrico e soda cáustica ? • Você sabe o que é a “chuva ácida” ?

5. Substâncias orgânicas x inorgânicas Substâncias Podem ser Orgânicas Inorgânicas exemplos exemplos • metano, CH4 • metanol, CH3OH • etano, C2H6 • etanol, CH3CH2OH • benzeno, C6H6 • ácido acético, CH3COOH • acetona, CH3COCH3 • éter comum, CH3CH2OCH2CH3 • clorometano, CH3Cl • diclorometano, CH2Cl2 • clorofórmio, CHCl3 • metilamina, CH3NH2 • óleos, gorduras, proteínas, açucares e vitaminas • água • ácido clorídrico, HCl • ácido bromídrico, HBr • hidróxido de magnésio, Mg(OH)2 • hidróxido de potássio, KOH • Sulfato de bário, BaSO4 • dióxido de carbono, CO2 • monóxido de carbono, CO • ácido carbônico, H2CO3 • carbonato de sódio, Na2CO3 • carbonato de cálcio, CaCO3 • ácido cianídrico, HCN • cianeto de sódio, NaCN • cianeto de potássio, KCN • grafite, C (graf.) • diamante, C (diam.) São denominadas substâncias inorgânicas aquelas que não contém carbono em sua composição, com exceção do dióxido e monóxido de carbono (CO2 e CO), da grafite, do diamante, do ácido carbônico (H2CO3), do ácido cianídrico (HCN), dos sais carbonatos e dos sais cianetos. Exemplos que necessariamente Contêm CARBONO Não contêm CARBONO

6. Fatos Experimentais • Observe: Por que isso ocorre ?

7. Indicadores Ácido-Base • Observe: A maioria dos indicadores usados em laboratório são artificiais; porém, alguns são encontrados na natureza, como o tornassol, que é extraído de certos liquens. No nosso dia-a-dia, encontramos esses indicadores presentes em várias espécies: no repolho roxo, na beterraba, nas pétalas de rosas vermelhas, no chá-mate, nas amoras etc., sendo sua extração bastante fácil. Indicadores são substâncias que revelam a presença de íons H + e de íons OH - numa solução, porque mudam de cor na presença de H + e de OH - . Dá para saber se existem íons H + ou íons OH - pela cor do indicador.

8. Indicadores Ácido-Base • Indicadores de Laboratório: Tornosol Ácido Base O tornossol é extraído de certos liquens. Liquens são formas de vida formadas pela associação entre algas e fungos.

9. Conceitução de ácidos e bases Definição operacional ácidos e bases Ácidos Bases Sabor azedo Sabor adstringente Torna rósea Tornassol Torna azul Tornassol Reage com metais liberando H2 Reage com ácido formando sal e água

10. Conceitução de ácidos e bases Ácidos, bases e a condutividade elétrica Já que as soluções de NaOH e HCl conduzem corrente elétrica, concluímos que nelas devem existir cargas elétricas livres para se movimentar . Que cargas são essas? NaOH é um composto iônico No NaOH sólido há íons, mas não estão livres para se movimentar No HCl gasoso não há cargas livres para conduzir a corrente elétrica HCl é um composto molecular

13. Experiência Considere a figura ao lado: Determine a cor que a solução de repolho roxo apresentará na presença de: • suco de laranja; • soda cáustica; • soda limonada; • leite de magnésia; • vinagre; • Ajax. V VA V VA V VA RESPOSTA

14. Conceituação de ácidos e bases Conceito ácido-base de Arrhenius ... ácido é todo composto que, dissolvido em água, origina H+(H3O+) como único cátion (o ânion varia de ácido p/ ácido). Segundo Arrhenius... Observe: H2O HCl(g) H+(aq) + Cl -(aq) H2O H2SO4(l) 2 H+(aq) + SO4-2(aq) H2O H3PO4(l) 3 H+(aq) + PO4-3(aq) Moléculas de cloreto de hidrogênio gasoso, ao se dissolverem em água, originam íons H+ e Cl- em solução aquosa Em palavras:

15. Conceitução de ácidos e bases Conceito ácido-base de Arrhenius Atualmente, sabemos que o íon H+ não é estável. Ele se une a uma molécula de água, originando o H3O+ (hidroxônio ou hidrônio). perde o elétron... une-se à água... H H+ H3O+ átomo de hidrogênio (1 próton; 1 elétron) cátion hidrogênio (1 próton) cátion hidroxônio, ou hidrônio. + H+ H O O H H Nenhum elétron H H

16. Ácidos Fórmulas e nomenclaturas HIDRÁCIDOS (ácidos sem oxigênio) ÁCIDO (Radical do E) + ÍDRICO Ácido não-oxigenado (HxE): HCl : ácido clorídrico HI : ácido iodídrico Para ácidos do enxofre usamos o radical em latim “sulfur”. HBr : ácido bromídrico H2S : ácido sulfídrico HF : ácido fluorídrico HCN : ácido cianídrico Note que realmente é usado o radical da palavra (em latim) que dá nome ao elemento (ou grupo).

17. Menos Oxigênios Ácidos Fórmulas e nomenclaturas OXIÁCIDOS (ácidos com oxigênio) ÁCIDO (radical de E) + ICO (+ oxigênio) OSO (- oxigênio) +7 +1 -2 +3 +1 -2 +7 H Br O2 H Br O4 ác. bromoso +6 +5 ác. perbrômico +1 +1 -2 +1 -2 +5 +4 +3 +2 H Br O H Br O3 ác. hipobromoso ác. brômico +1

18. Principais ácidos e suas aplicações Gravações em vidro de carro Nas condições ambientes, é um gás incolor que tem a característica de corroer o vidro, quando em solução aquosa. É usado para fazer gravações em cristais e vidros. O ácido clorídrico consiste no gás cloreto de hidrogênio dissolvido em água. Quando impuro, é vendido no comércio com o nome de ácido muriático, sendo usado principalmente na limpeza de pisos e de superfícies metálicas antes do processo de soldagem.

19. Principais ácidos e suas aplicações É um gás venenoso, incolor, formado na putrefação de substâncias orgânicas naturais que contenham enxofre, sendo responsável em grande parte pelo cheiro de ovo podre. Ao pressentirem o perigo, certos animais, como o gambá e a maritaca, liberam uma mistura de substâncias de odor desagradável, entre as quais o H2S. É o nome com que se indica uma solução aquosa do gás cianídrico, que é incolor, com cheiro característico de amêndoas amargas. Por ser muito venenoso, esse gás é utilizado nas execuções em câmara de gás. As folhas de mandioca, apesar de venenosas, podem ser utilizadas como alimento para o gado. Quando deixadas ao sol, liberam o gás cianídrico, tornando-se, assim, apropriadas para o consumo.

20. Principais ácidos e suas aplicações É usado na indústria de vidro, na tinturaria, nas indústrias de alimentos e na fabricação de fosfatos usados como adubos (fertilizantes). O ácido fosfórico é utilizado na produção refrigerantes à base de cola (Coca, Pepsi, etc). O gás carbônico presente no ar atmosférico combina-se com a água da chuva, formando o H2CO3, mesmo em ambientes não poluídos, o que nos leva a concluir que toda chuva é ácida. O gás carbônico é um dos constituintes dos refrigerantes e das águas minerais gaseificadas.

21. Principais ácidos e suas aplicações É um líquido incolor, de cheiro característico, e o principal componente do vinagre, que é uma solução aquosa que contém de 3 a 7% desse ácido. É o ácido mais importante economicamente. O maior consumo de ácido sulfúrico se dá na fabricação de fertilizantes, como os superfosfatos e o sulfato de amônio. É, ainda, utilizado nas indústrias petroquímicas, de papel, de corantes etc. e nos acumuladores de chumbo (baterias de automóveis).

22. Principais ácidos e suas aplicações Depois do ácido sulfúrico, o ácido nítrico é o mais fabricado e consumido na indústria. À temperatura ambiente, é um líquido incolor e fumegante (volátil). Ataca com violência os tecidos animais e vegetais, produzindo manchas amareladas na pele. Seu manuseio, portanto, requer muito cuidado, pois seus vapores são muito tóxicos. Uma das mais importantes aplicações do ácido nítrico relaciona-se à fabricação de explosivos (TNT, nitroglicerina).

23. Vamos Praticar (ENEM) Leia o texto a seguir e responda às questões (1) e (2). O suco extraído do repolho roxo pode ser utilizado como indicador do caráter ácido (pH entre 0 e 7) ou básico (pH entre 7 e 14) de diferentes soluções. Misturando-se um pouco de suco de repolho e da solução, a mistura passa a apresentar diferentes cores, segundo sua natureza ácida ou básica, de acordo com a escala abaixo. Algumas soluções foram testadas com esse indicador, produzindo os seguintes resultados:

24. Vamos Praticar RESPOSTA • De acordo com esses resultados, as soluções I, II, III e IV têm, respectivamente, caráter: • a) ácido, básico, básico, ácido. • b) ácido, básico, ácido, básico. • c) básico, ácido, básico, ácido. • d) ácido, ácido, básico, básico. • e) básico, básico, ácido, ácido. 2) Utilizando-se o indicador citado em sucos de abacaxi e de limão, pode-se esperar como resultado as cores: a) rosa ou amarelo b) vermelho ou roxo c) verde ou vermelho d) rosa ou vermelho e) roxo ou azul

25. Conceituação de ácidos e bases Conceito ácido-base de Arrhenius ... Base é todo composto que, dissolvido em água, origina OH- como único ânion (o cátion varia de base para base). Segundo Arrhenius... Observe: H2O NaOH(s) Na+(aq) + OH -(aq) H2O Ca(OH)2(s) Ca2+(aq) + 2OH-(aq) H2O Al(OH)3(s) Al3+(aq) + 3OH-(aq) Hidróxido de sódio sólido se dissolve em água produzindo íons Na+ e OH- em solução aquosa Em palavras:

26. Bases Fórmulas e nomenclaturas nome do elemento Nox do elemento + + HIDRÓXIDOde NaOH : hidróxido de sódio Fe(OH)2 : hidróxido de ferro (II) Ca(OH)2 : hidróxido de cálcio CuOH : hidróxido de cobre (I) Al(OH)3 : hidróxido de alumínio NH4OH : hidróxido de amônio - O nox do elemento só é usado quando ele apresentar mais de um e deve ser escrito em algarismos romanos. - O NH4+ é o cátion amônio.

27. Bases Fórmulas e nomenclaturas Apesar de menos usada atualmente, existe a nomenclatura dos sufixos: Nox menor: Hidróxido (elemento) + OSO Nox maior: Hidróxido (elemento) + ICO Lembre-se da nomenclatura dos oxiácidos! • As bases podem ser classificadas de acordo com o número de hidroxilas presentes em suas fórmulas. Exemplo: • monobases: NaOH, KOH, NH4OH • dibases: Ca(OH)2, Fe(OH)2 • tribases: Al(OH)3, Fe(OH)3, • etc Fe(OH)2 : hidróxido ferroso. Fe(OH)3 : hidróxido férrico. CuOH : hidróxido cuproso. Cu(OH)2 : hidróxido cúprico. AuOH : hidróxido auroso. Au(OH)3 : hidróxido áurico. Sn(OH)2 : hidróxido estanoso. Sn(OH)4 : hidróxido estânico.

28. Bases Saiba mais ÁLCALI = BASE (substantivo, origem árabe al-qali = “a cinza”) ALCALINO = BÁSICO (adjetivo, origem árabe) As cinzas, em contato com a água, produzem KOH. Na foto, vemos cinza jogada em água contendo fenolftaleína. O indicador adquire cor rósea, evidenciando que o meio fica básico. Colocar foto pag. 357

29. Bases Amônia (NH3): uma base diferente Hidroxila – íon característico das bases Amônia (molécula) Amônio (íon positivo) Nas condições ambientes é um gás de cheiro forte e irritante Não confunda amônia com amônio! Ao contrário das demais bases, que sofrem dissociação iônica, ex.: NaOH, KOH, Ca(OH)2; a amônia (composto molecular) sofre ionização quando é dissolvida em água.

30. Bases Dissociação iônica: bases de metais e ionização da amônia Como vimos, a amônia é uma base diferente das demais: ao ser dissolvida em água sofre ionização e, nesse contexto, pode ser representada pela fórmula NH4OH e considerada como uma monobase (*) Os hidróxidos de metais que não sejam alcalinos nem alcalinos terrosos apresentam um caráter covalente bastante acentuado.

31. Principais bases e suas aplicações Hidróxido de sódio. Comercialmente (impuro) é conhecido por soda cáustica. Usado na fabricação de sabões, é altamente corrosivo. Conhecido por cal extinta ou apagada, o hidróxido de cálcio é comumente usado na construção civil (preparação de argamassa).

32. amoníaco Principais bases e suas aplicações Usado como antiácido estomacal e laxante suave o hidróxido de magnésio é conhecido por “leite de magnésia”, quando em suspensão aquosa. Hidróxido de amônia. Obtido pela dissolução da amônia (NH3) em água, o chamado amoníaco é usado em alguns produtos de limpeza.

33. Bases Ciclo do Nitrogênio

34. Escala de pH A escala de “pH”, em que “p” significa potencial e “H” hidrogênio, consiste numa escala algorítmica para exprimir a acidez ou alcalinidade de uma solução.

35. Vamos Praticar (FMU/Fiam-SP) Para combater a acidez estomacal causada pelo excesso de ácido clorídrico, costuma-se ingerir um antiácido. Das substâncias abaixo, encontradas no cotidiano das pessoas, a mais indicada para combater a acidez é: • refrigerante • suco de laranja • água com limão • vinagre • leite de magnésia RESPOSTA

36. Vamos Praticar (FUA-AM) Analise a alternativa correta que indica uma das substâncias ativas contidas no medicamento “aziran”, usado para neutralizar a hiperacidez estomacal: • Hidróxido de sódio • Ácido clorídrico • Ácido sulfúrico • Hidróxido de alumínio • Ácido cítrico RESPOSTA

37. O ácido sulfúrico é fabricado a partir das matérias-primas enxofre mineral, oxigênio do ar e água. S(s) + O2(g) SO2(g) catalisador SO2(g) + ½ O2(g) SO3(g) SO3(g) + H2O (l) H2SO4(aq) O catalisador, indicado na 2ª. etapa, aumenta a velocidade da reação, tornando-a industrialmente viável. O catalizador usado para esta reação é platina (Pt) com pentóxido de divanádio (V2O5) Quando puro, apresenta-se como um líquido incolor, oleoso, bastante denso (d=1,84 g/cm3) e de alto ponto de ebulição (338oC)

38. O ácido nítrico, HNO3, é obtido industrialmente a partir do oxigênio e do nitrogênio do ar (ou da amônia) e da água. faísca elétrica N2(g) + O2(g) 2 NO(g) OU Pt 4NH3(g) + 5O2(g) 4 NO(g) + 6H2O(g) A platina atua como catalisador na 1ª. etapa, tornando a reação suficientemente rápida para ter utilidade industrial. A seguir o NO é convertido em NO2, e este, por reação com água, produz o HNO3 2NO(g) + O2(g) 2 NO2(g) 2NO2(g) + HO2(l) HNO2(aq) + HNO3(aq)

39. De Olho no Vestibular (Mackenzie-SP) A partir da pirita, minério também chamado de ouro dos tolos, pode-se obter ácido sulfúrico pelo processo representado nas etapas abaixo: 4 FeS2 + 11 O2 2 Fe2O3 + 8 SO2 V2O5 2 SO2 + A  2 SO3 SO3 + B  H2SO4 Nesse processo, as substâncias A e B são, respectivamente: • H2 e O2 • SO2 e H2S • O2 e H2O • SO2 e H2O • O3 e H2 Resolução V2O5 2SO2 + O2 2SO3 SO3 + H2O  H2SO4 A = O2 B = H2O RESPOSTA

40. Cenas dos próximos capítulos • Sais • Conceituação • Neutralização (total e parcial) • Sais hidratados • Sais mais comuns