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Trabalho de Investigação -1 de Química Página 0 INDICE 1. Introdução ……………………………………………………………………………. 1 2. OBJECTIVOS ………………………………………………………………………. 2 GERAL ………………………………………………………………………………...2 Especificos …………………………………………………………………………… 2 3 Revisão da literatura sobre equilíbrio químico em soluções aquosas de ácidos e bases 3.1 CONCEITO HISTORICO DE ACIDO E BASE: ……………………………………3 3.2 Conceito segundo Arrhenius ………………………………………………………….4 3.3 Conceito segundo Bronsted- Lowry ………………………………………………….4 3.4 Reacções Protolíticas ………………………………………………………………… 5 Pares conjugados ácido/base ………………………………………………………….6 3.5 Espécie química anfotérica ou anfiprótica ……………………………………………6 3.6 Conceito segundo Lewis……………………………………………………………….7 3.7 Diferenças entre as teorias de Arrhenius: Teoria Protolítica e Teoria Electrónica ….8 3.8 Forcas de ácidos e bases ………………………………………………………………8 Ácidos e bases fortes e fracos ……………………………………………………………..8 Lista de ácidos e bases fortes e fracos ………………………………………………….....9 3.9 Nomenclatura de ácidos e base ………………………………………………………10 4 Conclusão ……………………………………………………………………………….12 5 Bibliografia ……………………………………………………………………………...13 Trabalho de Investigação -1 de Química Página 1 1. INTRODUCAO Neste trabalho falar-se-á do equilíbrio químico em solução aquosa de ácido e base. E ainda irá se debruçar sobre o historial de ácido e base, descrevendo-se os conceitos segundo Arrhenius, Bronsted-Lowry e Lewis. Falar-se-á ainda da forca dos ácidos e bases, irá se definir as reacções protolíticas, pares conjugados de ácido e base e a espécie química anfotérica ou anfiprótica. Por fim irá se descrever os métodos para a nomenclatura de ácidos e bases. Trabalho de Investigação -1 de Química Página 2 2. OBJECTIVOS 2.1. GERAL: Investigar o conceito do Equilíbrio Químico em soluções aquosas de ácidos e bases 2.2. ESPECIFICOS: Descrever o conceito histórico de ácido e base; Descrever e explicar os conceitos segundo Arrhenius, Bronsted-Lowry e Lewis; Diferenciar as teorias de Arrhenius, Protolítica e Electrolítica; Relacionar a teoria de Arrhenius com Bronsted-Lowry; Explicar e Apresentar as forcas de ácidos e base; Fazer a nomenclatura de ácidos e bases. Trabalho de Investigação -1 de Química Página 3 3. REVISAO DA LITERATURA SOBRE EQUILIBRIO QUIMICO EM SOLUÇÕES AQUOSAS DE ACIDOS E BASES 3.1. CONCEITO HISTORICO DE ACIDO E BASE: Desde a Antiguidade que são conhecidas as substâncias ácidas e básicas. As primeiras referências dizem respeito ao vinagre e à base hidróxido de sódio ou soda cáustica (“alcali”) obtida no século VII pelos Árabes. O conceito de ácido e de base foi evoluindo ao longo do tempo, de acordo com os conhecimentos da época e também com a necessidade crescente de explicar fenómenos associados à acidez e à basicidade. Algumas das personagens, que ao longo dos tempos mais se destacaram no estudo e avanço do conhecimento nesta área, bem como as suas ideias encontram-se referidas nos parágrafos seguintes: Robert Boyle (Séc XVII), verificou que certas substâncias (corantes vegetais) mudavam de cor na presença de substâncias ácidas. Essas substâncias, cuja cor depende da presença de ácidos ou bases, designam-se por indicadores e permitem uma caracterização operacional de ácido e base. Antoine Laurent Lavoisier (Sec XVIII), no seu esforço de caracterização e sistematização das substâncias supunha que todos os ácidos continham oxigénio. Humphrey Davy (Séc XIX) descobriu uma substância, ácido clorídrico, que sendo ácido não continha oxigénio. Svante August Arrhenius (Séc XIX) (teoria iónica), admitiu a existência de iões em soluções aquosas. Anteriormente a existência de iões em solução só era admitida durante uma electrólise, e devido à passagem de corrente eléctrica através da solução. Definiu, assim, os ácidos como sendo substâncias que, em solução aquosa, se dissociavam produzindo iões H + enquanto as bases se dissociavam produzindo iões OH-. Brønsted & Lowry (Séc XIX) (teoria protónica), consideraram a reacção ácido-base como um processo de transferência de um protão de uma espécie química (ácido) para outra (base). Gilbert Lewis (Séc XX) (teoria electrónica), estendeu a definição e ácido a espécies químicas aceitadoras de pares de electrões e definiu bases como espécies químicas doadoras de pares electrónicos. Trabalho de Investigação -1 de Química Página 4 3.2. CONCEITOS SEGUNDO ARRHENIUS De acordo com a teoria de dissociação electrolítica de Arrhenius (1859 – 1927), Químico Sueco, os ácidos passaram-se a definir como: Ácido (segundo Arrhenius) – é toda a substância que em solução aquosa liberta iões hidrogénio (H+). Os ácidos fortes (HClO4, HClO3, HCl, HNO3, H2SO4, HI e HBr) são electrólitos fortes, quer dizer, ionizam-se completamente. A equação da reacção química apresenta uma única seta (). Os ácidos fracos ionizam-se, apenas, parcialmente. A equação apresenta duas setas ( ). HCl + (aq) H+ (aq) + Cl – (aq) H2SO4 + (aq) 2H+ (aq) + SO4 2 – (aq) Ácidos H3PO4 + (aq) H+ (aq) + H2PO4 – (aq) Base – (segundo Arrhenius) é toda a substância que em solução aquosa liberta iões hidróxido (OH-) NaOH(s) + (aq) Na+ (aq) + OH – (aq) NH4OH(aq) NH4 + (aq) + OH – (aq) Bases Al(OH)3 + (aq) Al3+ (aq) + 3OH – (aq) 3.3 Conceito segundo: Bronsted-Lowry Foi proposta de forma independente por G. Lewis (EUA), por T. Lowry (Inglaterra) e por J. Brønsted (Dinamarca). Mas foi Brønsted um dos que mais contribuiu para o seu desenvolvimento. Essa teoria é chamada de teoria protônica porque se baseia na transferência de protões, iguais ao íon H+, o núcleo do hidrogênio, mas que ao ser chamado de protões, ajuda a diferenciar da teoria de Arrhenius. Além disso, nessa teoria não há necessidade da presença de água Ácido (segundo Bronsted-Lowry) – é toda a partícula (molécula ou ião) que em solução cede um protão a uma base (teoria protónica). Ácido é um doador de protões. Base (segundo Bronsted-Lowry) – é toda partícula que em solução aquosa recebe um protão de um ácido. Base é aceitadora de protões. Trabalho de Investigação -1 de Química Página 5 HCl + H2O H3O + (aq) + Cl –(aq) Ácido Base (ião hidrónio) NH4 + (aq) + H2O NH3 (aq) + H3O + (aq) Ácido Base Base Ácido NH3 + H2O NH4 + + OH- Base Ácido Os iões H+, devido a sua alta densidade de carga, acreditou-se que devia estar associado as moléculas polares da água em solução aquosa como iões H3O + denominados iões hidrónio. HI(aq) + H2O(l) H3O + (aq) + I – (aq) Ácido Base (ião hidrónio) 3.4 Reacções protolítica Durante a dissociação electrolítica, deparamos com reacções cujos mecanismos resultam no deslocamento do protão de uma das partículas, moléculas ou iões. As moléculas ou iões que cedem ou aceitam protões denominam-se protólitos; e as reacções que se processam com a transferência ou deslocamento de protões de uma espécie Químicas para outra são denominadas protolíticas. Por exemplo, a eliminação de H+ do ácido clorídrico (HCl) produz anião cloreto (Cl−), base conjugada do ácido: HCl → H+ + Cl− A adição de H+ ao anião hidróxido (OH−), uma base, produz água (H2O), seu ácido conjugado: H+ + OH− → H2O Assim, a definição de Brönsted-Lowry abarca a definição de Arrhenius, mas também estende o conceito de reacções ácido-base a sistemas nos quais não há água envolvida, taiscomo a protonação da amônia, uma base, para formar o catião amônio, seu ácido conjugado: H+ + NH3 → NH4+ Esta reação pode ocorrer em ausência de água, como na reacção da amônia com o ácido acético: CH3COOH + NH3 → NH4+ + CH3COO− Trabalho de Investigação -1 de Química Página 6 3.4 Espécie Anfólito ou Partícula Anfotérica Anfólito é uma partícula que pode agir como ácido e como base, portanto, tem dualidade de comportamento, dependendo da substância com quem interage. Exemplo: H2O, HCO3 -, HPO4 2-, H2PO4 2-, HC2O4 - ... NH3 + H2O NH4 + + OH - H2O - Ácido NH4 + + H2O H3O + NH3 H2O - Base 3.5 Pares conjugados Os pares conjugados diferem-se apenas em um protão “H+”. Os pares: HI/I e H3O +/H2O são chamados pares conjugados. Exemplo: Ácido | Base Ácido | Base H2O | OH - H2S | HS - H2CO3 | HCO3 - HS - | S 2- HCO3 - | CO3 2- HF | F – Um ácido forte tem a sua base conjugada fraca. Uma base forte tem o seu ácido conjugado fraco H2O H+ + OH - ácido base NH3 + H2O NH4 + + OH - ácido1|base2 - pares conjugados base1 ácido1 ácido2 base2 ácido2|base1 - pares conjugados 3.6 Teoria ácido-base de Lewis ou teoria eletrônica (1923): G. Lewis (EUA) propôs essa teoria juntamente à teoria protônica. Ela foi proposta a fim de eliminar todas as limitações mencionadas, podendo se aplicar a qualquer espécie química, sem exceção. Ela é também denominada de teoria eletrônica porque envolve a transferência de pares de electrões. Trabalho de Investigação -1 de Química Página 7 Segundo Lewis: Ácido é toda espécie química, íon ou molécula que aceita receber um par de electrões, enquanto a base é capaz de oferecer um par de electrões. O par electrônico é representado por “:”. De maneira geral, a reação de neutralização pode ser dada por: A + :B = A:B O composto A:B recebe nomes diversos, tais como: aduto, sal, complexo, complexo ácido-base, complexo doador-aceitador etc. Veja um exemplo desse tipo de reação: H F H F │ │ │ │ H ─ N: + B ─ F → H ─ N : B ─ F │ │ │ │ H F H F base ácido de Lewis de Lewis Observe que a amônia é base porque ela fornece o par de electrões, e o trifluoreto de boro é o ácido de Lewis porque ele recebe o par de electrões. O composto formado por meio do compartilhamento de electrões é neutro, por isso, essa é uma reação de neutralização. Exemplos: Os grupos abaixo são exemplos de ácidos de Lewis, porque: a) Carbocatião (H3C +) b) Hidrônio (H+) c) HCl d) Cloreto de alumínio (AlCl3) Trabalho de Investigação -1 de Química Página 8 Casos de substâncias ou grupos classificados como bases de Lewis Os grupos abaixo são exemplos de bases de Lewis porque: a) Água (H2O) b) Trimetilamina c) Anião cloreto (Cl-) 3.7 Diferenças entre: Teoria Arrhenius: Teoria Protolítica e Teoria Electrolítica Ácidos Bases Teoria de Arrhenius Um ácido é qualquer composto químico que, em solução aquosa, liberta iões de Hidrogénio (H+). Uma base, ou alcali, é uma substancia que, em solução aquosa, liberta iões hidroxilos (OH-). Teoria Protolítica Um acido é uma substancia que doa um protão. Uma base é qualquer substancia que recebe um protão. Teoria Electrónica Durante uma ligação química, os ácidos são os que recebem pares de electrões. Em uma ligação química, as bases são os que cedem pares de electrões. Toda base de Lewis é também uma base de Brønsted-Lowry. No entanto, nem todo ácido de Lewis é necessariamente um ácido de Brønsted-Lowry. 3.7 Forças de ácidos e bases: Ácidos e bases fortes/ácidos e bases fracos Ácidos fortes: são aqueles que, quando dissolvidos em água, libertam ião hidrónio (H+) com facilidade, ou seja, um ácido como HCl, quando dissolvido, têm a molécula separada em iões, liberando H+ e iões cloretos (Cl-). Sobra muito pouco da espécie HCl em solução, porque a maior parte é utilizada na geração dos iões. A equação desta reacção mencionada está representada abaixo. Trabalho de Investigação -1 de Química Página 9 Ácidos Fracos: São aqueles que quando dissolvido em água, a maior parte do ácido permanece em sua forma molecular, e só uma pequena parte se ioniza para gerar os iões H+ e aniões. Exemplo: o ácido acético, de fórmula molecular CH3COOH, (o vinagre é uma solução de ácido acético em água) é um ácido de natureza orgânica, portanto, fraco. Dessa forma a equação de ionização do ácido acético é mostrada abaixo. Bases Fortes: são aquelas que se dissociam quase que completamente, libertando iões hidroxilas (OH-) em solução e não restando praticamente nada na espécie molecular. Por exemplo: o NaOH é uma base forte e em solução gera os iões sódio (Na+) e OH-. A equação dessa dissociação é mostrada abaixo. Bases Fracas: são aquelas que libertam iões OH- quando dissolvidas em água, mas nesse caso ainda restam em solução muitas moléculas não dissociadas desta base. Por exemplo: o hidróxido de amônio (NH4OH), que é uma base fraca, se dissocia pouco, restando muito da espécie NH4OH em solução. Sua dissociação está equacionada abaixo: 3.8 Lista de Ácidos e bases fortes e fracos: Ácidos fortes: HCl – Ácido clorídrico HNO3 – Ácido nítrico H2SO4 – Ácido sulfúrico HBr – Ácido bromídrico HI – Ácido iodídrico (também conhecido como ácido iodídrico) HClO4 – Ácido perclórico HClO3 – Ácido clórico Ácidos Fracos: CH3COOH (ácido acético); H2C2O4 (ácido oxálico); https://www.infoescola.com/quimica/acido-acetico/ https://www.infoescola.com/quimica/ionizacao/ https://www.infoescola.com/wp-content/uploads/2012/09/ionizacao-e-dissociacao.jpg https://www.infoescola.com/wp-content/uploads/2012/09/ionizacao-e-dissociacao2.jpg https://www.infoescola.com/wp-content/uploads/2012/09/ionizacao-e-dissociacao3.jpg https://www.infoescola.com/wp-content/uploads/2012/09/ionizacao-e-dissociacao4.jpg Trabalho de Investigação -1 de Química Página 10 HNO2 (ácido nitroso), H3PO4 (ácido fosfórico), HCN (ácido cianídrico); H2CO3 (ácido carbônico); C6H5COOH – Ácido Benzoico. Bases fortes: LiOH, NaOH, KOH, RbOH, CsOH, Ca(OH)2, Sr(OH)2. Bases Fracas: NH4OH, Al(OH)3, Fe(OH)2, Ni(OH)3, Mg(OH)2, Zn(OH)2, e NH4OH. 3.9 Nomenclatura dos Ácidos e Bases: Ácidos Para ácidos não oxigenados, usamos a terminação IDRICO. Exemplo: • HCl – ácido clorídrico • H2S – ácido sulfídrico • H2Se – ácido selenídrico Para ácidos oxigenados, se o elemento possuir somente uma valência, usamos a terminação ICO. Exemplo: H2CO3 – ácido carbônico H3BO3 – ácido bórico Se o elemento tiver 2 valências, para a maior usamos ICO e para a menor OSO. Exemplos: H2SO3 – ácido sulfuroso H2SO4 – ácido sulfúrico HNO2 – ácido nitroso HNO3 – ácido nítrico Se o elemento tiver 3 ou mais valências, usamos o prefixo HIPO junto com o sufixo OSO, e o prefixo PER junto com o sufixo ICO, nesta ordem. Exemplos: HClO – ácido hipocloroso HClO2 – ácido cloroso HClO3 – ácido clórico HClO4 – ácido perclórico Trabalho de Investigação-1 de Química Página 11 Existem casos em que o elemento forma diversos ácidos, porém sempre com a mesma valência. Usamos então os prefixos ORTO, META e PIRO. Exemplos: H3PO4 – ácido ortofosfórico HPO3 – ácido metafosfórico H4P2O7 – ácido pirofosfórico Note que nos três ácidos o fósforo tem valência +5. Bases: Se o elemento possuir somente uma valência, usamos a expressão “hidróxido de” seguida do nome do elemento. Exemplo: NaOH – hidróxido de sódio Ca(OH)2 – hidróxido de cálcio Se o elemento possuir duas valências, usamos a expressão “hidróxido de” seguida do nome do elemento e os sufixos OSO e ICO, ou então a valência em números romanos. Exemplo: Fe(OH)2 – hidróxido ferroso ou hidróxido de ferro II Fe(OH)3 – hidróxido férrico ou hidróxido de ferro III Trabalho de Investigação -1 de Química Página 12 4. CONCLUSAO: Apos a investigação deste trabalho, pode se afirmar que os objectivos foram alcançados, uma vez que foi possível apresentar todos pontos anteriormente definidos. Sendo assim, foi possível concluir que para Arrhenius, um ácido é qualquer composto químico que, em solução aquosa, liberta iões de Hidrogénio (H+), e uma base, ou alcali, é uma substancia que, em solução aquosa, liberta iões hidroxilos (OH-). Para Bronsted-Lowry, um acido é uma substancia que doa um protão, e Uma base é qualquer substancia que recebe um protão. Para Lewis, Durante uma ligação química, os ácidos são os que recebem pares de electrões, e em uma ligação química, as bases são os que cedem pares de electrões. Um ácido forte e aquele que doa todos os seus protões as moléculas da água. Quanto maior for a tendência do ácido doar os seus protões, mais forte e o acido. Um ácido forte tem um valor elevado do grau de ionização. Uma base forte e aquela que recebe todos os protões das moléculas da água. Quanto maior e a tendência da base de receber protões, mais forte e a base. Uma base forte tem um valor elevado de grau de ionização. Trabalho de Investigação -1 de Química Página 13 5. BIBLIOGRAFIA: Amância C. Sobral e outros (1988), Problemas de Química para o 12° Ano, Vol. 2, Editorial Presença, Lisboa. Feltre, Ricardo. (2004) Físico-química. Volume 2, 6ª Ed., São Paulo http://mundoeducacao.bol.uol.com.br/quimica/teoria-acido-base-lewis.htm. Acesso em 09 de Abril de 2018 https://www.portalsaofrancisco.com.br/quimica/acidos-fracos. Acesso em 10 de Abril de 2018 http://mundoeducacao.bol.uol.com.br/quimica/teoria-acido-base-lewis.htm https://www.portalsaofrancisco.com.br/quimica/acidos-fracos
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