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Q U Í M I C A G E R A L E O R G Â N I C A UNIDADE 2 FUNÇÕES INORGÂNICAS ObjEtIvOS DE ApRENDIzAGEm A partir do estudo desta unidade, você estará apto(a) para: identificar as quatro funções inorgânicas; reconhecer os grupos funcionais pertencentes à química inorgânica; realizar a nomenclatura dos compostos inorgânicos, conforme as regras da IUPAC (União de Química Pura e Aplicada); diferenciar as propriedades das funções inorgânicas; identificar a ocorrência dos compostos inorgânicos em nosso cotidiano. TÓPICO 1 – ÁCIDOS TÓPICO 2 – BASES OU HIDRÓXIDOS TÓPICO 3 – SAIS TÓPICO 4 – ÓXIDOS pLANO DE EStUDOS A Unidade 2 está dividida em quatro tópicos e, ao final desses tópicos, você encontrará atividades que contribuirão para a compreensão e fixação dos conteúdos. Q U Í M I C A G E R A L E O R G Â N I C A Q U Í M I C A G E R A L E O R G Â N I C A ÁCIDOS 1 INTRODUÇÃO TÓPICO 1 UNIDADE 2 Função Química é um conjunto de substâncias com propriedades químicas funcionais semelhantes. Iremos estudar quatro importantes funções inorgânicas: os ácidos, as bases ou hidróxidos, os sais e os óxidos. FONTE: Adaptado de: <https://sites.google.com/site/profpedrofarias/home/funcoes-inorganicas>. Acesso em: 14 mar. 2014. É de suma importância, no estudo de qualquer função inorgânica, conhecer a sua formulação, ou seja, a sua composição molecular. O conhecimento do número de oxidação (nox) das espécies químicas é indispensável para tal formação. 2 NOX: NÚMERO DE OXIDAÇÃO O nox (número de oxidação) é a carga positiva ou negativa que um átomo apresenta ao realizar uma ligação química, iônica, por exemplo. No geral, nox é o valor da carga de uma espécie química. Exemplo: 1º) No composto NaCl. O sódio (Na) está presente na família 1A da tabela periódica e por isso se estabiliza formando um cátion monovalente, como nox = +1 (Na+) e o cloro que pertence à família 7A se UNIDADE 2TÓPICO 1102 Q U Í M I C A G E R A L E O R G Â N I C A estabiliza formando um ânion monovalente, com nox = -1 (Cl-). Assim, a fórmula molecular é: NaCl Logo, as cargas ou nox (números de oxidação) desses íons se anulam, pois possuem valores iguais e sinais contrários. • DETERMINAÇÃO DO NOX (NÚMERO DE OXIDAÇÃO) Algumas regras podem ser utilizadas para facilitar a determinar o número de oxidação. 1°- Toda substância simples apresenta número de oxidação (nox) igual a ZERO. Exemplos: Átomo Substância Simples NOX Hidrogênio H2 zero Oxigênio O2, O3 zero Cloro Cl2 zero Ferro Fe zero QUADRO 14 – NÚMERO DE OXIDAÇÃO (NOX) DAS SUBSTÂNCIAS SIMPLES FONTE: A autora 2° - Em relação aos elementos do grupo A (elementos representativos) da tabela periódica, podemos verificar os números de oxidação, conforme o quadro a seguir. Famílias grupo A 1A 2A 3A 4A 5A 6A 7A Nox +1 +2 +3 +4 -4 -3 -2 -1 QUADRO 15 – NÚMERO DE OXIDAÇÃO (NOX) DOS ELEMENTOS REPRESENTATIVOS DA TABELA PERIÓDICA FONTE: A autora OBS.: O nox do hidrogênio (H+) normalmente é +1, podendo em alguns casos apresentar nox = -1. Note no Quadro 15 que até a Família 3A, os números de oxidação são positivos (cátions) e a partir da Família 5A, os números de oxidação são negativos (ânions). Já na família 4A o número de oxidação pode ser positivo ou negativo, isso depende da composição molecular da substância formada, porém geralmente o nox usado é o positivo. UNIDADE 2 TÓPICO 1 103 Q U Í M I C A G E R A L E O R G Â N I C A UNI Caro(a) acadêmico(a), consulte em sua tabela periódica, na parte posterior, a tabela de cátions e ânions, lá você encontrará íons com nox fixo e íons com nox variável. 3° - Nas fórmulas moleculares (moléculas), a soma dos números de oxidação de todos os átomos deve ser igual a zero. Exemplo: Determine o nox de todos os átomos formadores do ácido nítrico (HNO3). Fórmula H N O3 Cada átomo +1 ? -2 +1 +5 -6 Para que a soma de todos os nox seja igual a zero, o enxofre (S) apresentará NOX = +7 Observe que ao somarmos os valores dos nox positivos tem-se +1 + +5 = +6. Como se tem quatro átomos de oxigênio multiplicamos: 3 x -2 = -6. Assim +8 -8 = 0. Logo, a soma das cargas positivas e negativas se anulam. UNI Quando a fórmula molecular apresentar três elementos, teremos que encontrar um valor de nox para o elemento central (do meio) de tal forma que as cargas (nox) positivas sejam iguais a carga negativa, para que no final as cargas sejam zeradas. 4º No caso de íons oxigenados, a soma das cargas (nox) deve ser igualada a carga do íon, para que no final a soma total seja nula. Exemplo: Cr2O7 -2 Neste caso, teremos que determinar o nox do cromo (Cr) para que a soma total das cargas (nox) seja nula. Como o Cr2O7 -2 é um íon a soma das cargas será igual a sua carga, - 2. Assim: Cr2 x O7 -2 Cr2 x O7 -2 ------- 2x – 14 = -2 ------ x = +6 UNIDADE 2TÓPICO 1104 Q U Í M I C A G E R A L E O R G Â N I C A Na química uma das maiores preocupações é a de verificar todas as características químicas e físicas das substâncias existentes na natureza. Caracterizando quimicamente uma substância, conseguimos diferenciá-la, como exemplo, podemos citar as substâncias eletrolíticas, que conduzem corrente elétrica e as substâncias não eletrolíticas, que não conduzem corrente elétrica. A verificação de condução elétrica de uma substância deve ser realizada em soluções aquosas, ou seja, deve-se dissolver a substância em água. • IONIZAÇÃO E DISSOCIAÇÃO A palavra ionização se refere aos íons, cátions e ânions, já as palavras dissociação significa a separação, dissipação. Quando dissolvemos compostos iônicos (formados por um metal (cátion) e um não metal (ânion)) em água, como o sal de cozinha (NaCl), teremos uma solução eletrolítica, ou seja, que conduz corrente elétrica devido às diferenças de cargas (polos contrários se atraem). Exemplo: água do mar, rica em sais minerais, cátions como Na+1, K+1, Ca+2 e ânions como Cl-1, NO3 -1. Já nos compostos moleculares, que não apresentam metais em sua composição, ou seja, não apresentam íons, a condução de corrente elétrica é muito baixa, ainda somente, quando dissolvidos em água. A solução que não conduz corrente elétrica é chamada de solução não eletrolítica. Exemplo: açúcar em água. Quando compostos iônicos são dissolvidos (misturados) em água, ocorre um fenômeno chamado de dissociação iônica ou dissociação eletrolítica, onde o cátion se dissocia (se separa) do ânion. Note no exemplo a seguir, que o sal, cloreto de potássio, se dissociou. Exemplo: água K+Cℓ- (s) K+ (aq) + Cℓ-(aq) Em relação às substâncias moleculares, não podemos garantir a ocorrência da dissociação. Os ácidos, por exemplo, são substâncias que quando dissolvidas em água, sofrem o processo da ionização, gerando como único cátion o íon hidrônio ou hidroxônio (H3O +). UNIDADE 2 TÓPICO 1 105 Q U Í M I C A G E R A L E O R G Â N I C A Verifique a seguir, como ocorre a ionização do ácido bromídrico, gerando uma solução eletrolítica, ou seja, que conduz corrente elétrica: HBr + H2O H3O+ + Br- Cátion hidroxônio ânion brometo (ânion) São esses íons formados através da dissociação, os responsáveis pela condução de corrente elétrica. O cientista Svante August Arrhenius estabeleceu conceitos sobreos ácidos e bases ou hidróxidos (funções inorgânicas) e também sobre o grau de ionização (α). • GRAU DE IONIZAÇÃO (α) O grau de ionização é calculado para medir a “força” da ionização ou dissociação iônica. A força dos ácidos, por exemplo, pode ser determinada através do grau de ionização. O cálculo do grau de ionização é realizado através da relação entre o número total de moléculas ionizadas (final) e o número total de moléculas dissolvidas (inicial), no final multiplica-se o resultado por cem, para se ter a relação em porcentagem. Conforme representado a seguir: Número total de moléculas ionizadas α = ---------------------------------------------------------- Número total de moléculas dissolvidas Exemplo 1: 100 moléculas de ácido clorídrico (HCℓ) foram misturadas em água, e 92 moléculas se ionizaram (H+ e Cℓ-). Para medirmos o grau de ionização faremos: α = 92 100 ⇒ 0,92 x 100 = 92% de ionização. Exemplo 2: 100 moléculas de ácido fluorídrico (HF) foram dissolvidas em água e apenas 8 moléculas se ionizaram (H+ e F-). Logo: α = 8 100 ⇒ 0,08 x 100 = 8% Dependendo do grau de ionização, os eletrólitos podem ser classificados em: UNIDADE 2TÓPICO 1106 Q U Í M I C A G E R A L E O R G Â N I C A Eletrólito forte: quando o α ≥ 50%. Eletrólito moderado: quando o α variar de 5% ≤ α < 50%. Eletrólito fraco: quando o α < 5%. 3 ÁCIDOS As funções inorgânicas são compostas com propriedades químicas semelhantes, que pertencem à parte da química inorgânica, ou seja, dos compostos minerais. Diferente da química orgânica, na qual as suas funções orgânicas são compostos derivados do elemento carbono. Nas funções inorgânicas, as substâncias apresentam grupos funcionais em comum. Por exemplo, os ácidos apresentam um único cátion, o H+1, e as bases ou hidróxidos apresentam um único ânion, a hidroxila OH-1. É através da presença destes grupos funcionais que poderemos caracterizar as funções inorgânicas. Caro(a) acadêmico(a), são quatro as funções químicas inorgânicas que iremos estudar: os ácidos, as bases ou hidróxidos, os sais e os óxidos. • Ácidos “Ácido é toda substância que, ao ser dissolvida em água, sofre ionização e apresenta como único tipo de íon positivo o cátion hidrogênio (H+1)”. (COVRE, 2011 p. 151). Exemplo: HNO3 ----------- H +1 e NO3 -1 UNI Note que os ácidos apresentam como primeiro elemento na fórmula molecular, o único cátion o H+, seguido de um ânion qualquer. Para verificar a carga do ânion (nox), consulte sua tabela de cátions e ânions. Os ácidos são substâncias que, no geral apresentam sabor azedo, como no vinagre (ácido acético), na laranja, limão, abacaxi (ácido cítrico), na uva (ácido tartárico), na vitamina C (ácido ascórbico). São corrosivos aos metais e apresentam baixos valores de pH. pH = Potencial hidrogeniônico, ou seja, é uma medida de acidez. Quanto menor o valor do pH, mais ácida é a substância. UNIDADE 2 TÓPICO 1 107 Q U Í M I C A G E R A L E O R G Â N I C A FIGURA 45 – ESCALA DE pH FONTE: Disponível em: <jcpaiva.net>. Acesso em: 14 mar. 2012. Na Figura 45 podemos notar a ordem crescente de pH. De zero a 6,9 temos valores pH ácidos. Acima de sete temos valores de pH básicos ou alcalinos. Repare que, quanto menor o valor do pH, mais ácida será a substância e quanto maior o valor de pH, mais alcalina ou básica será a substância. No sete, encontra-se o valor de pH neutro. Exemplo: em um refrigerante, a base de cola apresenta pH = 2,5 o que o torna muito ácido e agressivo ao nosso estômago, que já produz o ácido clorídrico, e auxilia na reação de digestão. 3.1 DEFINIÇÃO SEGUNDO ARRHENIUS Os ácidos são compostos moleculares, que sofrem ionização quando misturados em água, gerando como único íon positivo o H3O + (íon hidrônio ou hidroxônio). “Ionização é o nome dado ao processo pelo qual a água forma íons que não existiam”. (COVRE, 2011, p. 151). Exemplo: reação de ionização do ácido clorídrico (HCl), repare que o hidrogênio do ácido se separa do ânion Cl- e se liga aos dois hidrogênios da água, formando assim, o íon hidrônio ou hidroxônio H3O +. HCl(l) + H2O(l) H3O+(aq) + Cl-(aq) ÍON HIDRÔNIO OU HIDROXÔNIO. UNIDADE 2TÓPICO 1108 Q U Í M I C A G E R A L E O R G Â N I C A A ionização ocorre em etapas, o que depende do número de hidrogênios ionizáveis, ou seja, se o ácido apresenta um hidrogênio ionizável à ionização ocorrerá em uma única etapa. Se apresentar três hidrogênios ionizáveis a ionização ocorrerá em três etapas. E ainda, o número de hidrogênios ionizáveis indicará o número de íons H3O + formados. Exemplo: H2SO4 + H2O ------------- H3O+ + HSO4 1ª etapa – saída do 1º hidrogênio HSO4 + H2O ------------- H3O+ + SO4 2ª etapa – saída do 2º hidrogênio 2 H3O + + SO4 -2 OBSERVAÇÃO: ocorreu a formação de dois íons hidrônios ou hidroxônios (2 H3O+), justamente porque o ácido sulfúrico (H2SO4) possui dois hidrogênios ionizáveis. Construção da fórmula molecular de um ácido Formulação Geral = H x A OBS.: o número de hidrogênios do ácido deriva da carga (nox) do ânion. Basta fazer a inversão de cargas de cima para baixo na diagonal. Exemplos: Ácido bromídrico: HBr H+ CN-1 Ácido bórico: H3BO3 H+ (BO3)3- Repare que no ácido bromídrico as cargas se anulam, pois têm o mesmo valor, porém, com sinais contrários. Já no ácido bórico, a carga do ânion (BO3) 3- , desceu na diagonal, formando três hidrogênios. ONDE: H = H+ x = NOX de A não oxigenado A = ânion oxigenado { 3.2 CLASSIFICAÇÃO Os ácidos podem ser classificados através de alguns critérios citados a seguir. UNIDADE 2 TÓPICO 1 109 Q U Í M I C A G E R A L E O R G Â N I C A • Binários: são ácidos que apresentam dois elementos diferentes em sua fórmula molecular. Exemplo: HI (ácido iodídrico). • Ternários: são ácidos que apresentam três elementos diferentes em sua fórmula molecular. Exemplo: HCN (ácido cianídrico). • Quaternários: são ácidos que apresentam quatro elementos diferentes em sua fórmula molecular. Exemplo: HSCN (ácido tiocianídrico). 3.3.1 Quanto ao número de hidrogênios ionizáveis • Monoácidos: são ácidos que apresentam apenas 1 hidrogênio ionizável em sua fórmula molecular. Exemplo: HNO2 (ácido nitroso); H3PO2 (ácido hipofosforoso, este ácido é uma exceção, pois ioniza apenas um hidrogênio em água). • Diácidos: são ácidos que apresentam 2 hidrogênios ionizáveis em sua fórmula molecular. Exemplo: H2SO3 (ácido sulfuroso), H3PO3 (ácido fosforoso, este ácido é uma exceção, pois ioniza apenas dois hidrogênios em água). • Triácidos: são ácidos que apresentam 3 hidrogênios ionizáveis em sua fórmula molecular. Exemplo: H3BO3 (ácido brômico); H3PO4 (ácido fosfórico). • Tetrácidos: são ácidos que apresentam 4 hidrogênios ionizáveis em sua fórmula molecular. Exemplo: H4SiO4 (ácido silícico) 3.3.2 Quanto à presença de oxigênio • Hidrácidos: ácidos que não possuem oxigênio na molécula. Exemplo: HF (ácido fluorídrico). • Oxiácidos: ácidos que possuem oxigênio na molécula. Exemplo: H2SO4 (ácido sulfúrico). 3.3 QUANTO AO NÚMERO DE ELEMENTOS DIFERENTES UNIDADE 2TÓPICO 1110 Q U Í M I C A G E R A L E O R G Â N I C A 3.3.3 Quanto à força A força dos ácidos está relacionada com o grau de ionização (α). Assunto vistoanteriormente. No geral, seguimos a regra descrita a seguir, porém a maneira de se determinar a força dos hidrácidos difere dos oxiácidos: • Ácidos Fortes: α > 50% • Ácidos Moderados: 5% ≤ α ≤ 50% • Ácidos Fracos: α < 5% FORÇA DOS OXIÁCIDOS Para determinar a força dos oxiácidos, usaremos a fórmula Y- X, onde: Y = número de oxigênios e X = número de hidrogênios. Quando: Y – X = 3 - oxiácido muito forte Y – X = 2 – oxiácido forte Y – X = 1 – oxiácido moderado Y – X = 0 – oxiácido fraco Exemplo: H3PO4 ----- Y – X ---- 4 – 3 = 1 ---- oxiácido moderado UNI • O ácido cianídrico (HCN) apresenta um α = 0,008%, que o classifica como fraco, contudo quando o seu gás é inalado, causa a morte em pouco tempo. É um ácido muito usado nas câmaras de gás aplicadas à pena de morte. • O ácido sulfúrico (H2SO4) apresenta um α = 61%, que o classifica como um ácido forte, porém é extremamente corrosivo. • O ácido sulfídrico (H2S) apresenta um α = 0,08%, que o classifica como fraco, porém o seu gás libera um odor desagradável (“ovo podre”), que pode ser sentido nos esgotos, pois é um produto formado, a partir da decomposição da matéria orgânica. A inalação do ácido sulfídrico na forma de gás pode levar à morte de forma tão rápida quanto o ácido cianídrico. UNIDADE 2 TÓPICO 1 111 Q U Í M I C A G E R A L E O R G Â N I C A FORÇA DOS HIDRÁCIDOS Devido aos valores do grau de ionização (α), a definição das forças dos hidrácidos pode assim ser resumida: a) Hidrácidos fortes: HCl, HBr e HI. b) Hidrácido moderado: HF. c) Hidrácidos fracos: os demais HCN, HSCN, H2S etc. 3.4 NOMENCLATURA DOS ÁCIDOS a) Nomenclatura dos hidrácidos Caro(a) acadêmico(a), para nomear os hidrácidos, basta seguir a regra: Ácido + nome do ânion + a terminação: ídrico Exemplo: HBr – Ácido + brometo + terminação: ídrico = Ácido bromídrico. H2S - Ácido + sulfeto + terminação: idríco = Ácido Sulfídrico UNI Note que na nomenclatura todos os hidrácidos apresentam a terminação: ídrico. a) Nomenclatura dos oxiácidos Caro(a) acadêmico(a), para nomear os oxiácidos, basta seguir a regra: Ácido + nome do ânion + a terminação: ico para o maior ânion + a terminação: oso para o menor ânion Exemplo: H2SO4 – Ácido + sulfato + a terminação: ico = Ácido sulfúrico. UNIDADE 2TÓPICO 1112 Q U Í M I C A G E R A L E O R G Â N I C A H2SO3 – Ácido + sulfito+ a terminação: oso = Ácido sulfuroso. Para definir o maior e o menor ânion, deve-se observar o número de oxigênios. O maior ânion é aquele que apresenta um número maior de oxigênios em sua composição. Logo, o ânion menor é aquele que apresenta um número menor de oxigênios em sua composição. UNI Caro(a) acadêmico(a), consulte sua tabela de ânions para verificar os ânions e suas variações, quanto ao número de oxigênios. Ainda em relação à nomenclatura, caso o nome do ânion iniciar com o prefixo “Per” o sufixo será: ico. Caso iniciar com o prefixo “Hipo”, o sufixo será: oso. Exemplo: HClO4 – Ácido perclorato – Ácido perclórico. HClO – Ácido hipoclorito – Ácido hipocloroso. OBS.: Quando o ânion for fixo, ou seja, não apresentar variação, quanto ao número de oxigênios, usa-se a terminação ico. Exemplos: H2CO3 - Ácido Carbônico H3BO3 - Ácido Bórico DIC AS! Verifique a terminação dos nomes dos ânions em sua tabela e saiba qual a terminação utilizar na nomenclatura do respectivo ácido. ato ............................................................. ico ito .............................................................. oso eto ............................................................. ídrico terminação nome dos ânios terminação nome dos ácidos UNIDADE 2 TÓPICO 1 113 Q U Í M I C A G E R A L E O R G Â N I C A LEITURA COMPLEMENTAR PERFUMES Ivana Correa Ramos Leal José Celestino Barros Leandro Soter de Mariz Miranda Não é de hoje que as fragrâncias despertam interesse do homem. Os perfumes vêm fascinando a humanidade há milhares de anos. A data da origem da utilização de fragrâncias pelo ser humano é difícil de determinar, mas alguns pesquisadores dizem que pode estar associada à descoberta do fogo e, possivelmente, possuía cunho religioso. É possível que, a partir da descoberta do fogo, tenhamos começado a realizar oferendas aos deuses com a queima de folhas secas, as quais possivelmente exalavam odores agradáveis. Com o passar do tempo, essa prática passou a ser utilizada por sacerdotes em rituais religiosos. A própria origem da palavra perfume está associada a essa atividade, uma vez que deriva do latim per (de origem) fumare (fumaça). O século XVI foi marcado por explorações e desbravamentos sem qualquer precedente na história do nosso planeta. Vasco da Gama, Cristovão Colombo, Pedro Álvares Cabral e Fernão de Magalhães são grandes exemplos desses desbravadores. Com suas expedições foram os responsáveis por trazer, das terras desbravadas para os grandes centros europeus, novos aromas e fragrâncias. Alavancaram o interesse da burguesia europeia e subsidiaram os alquimistas, com ingredientes para novas receitas. Nesse período, surgiram os primeiros livros sobre perfumaria. A industrialização dos aromas e perfumes parece datar do século XIX, capitaneada pela indústria britânica Crown Fragrances (em português, Fragrâncias da Coroa). Indústrias de toda a Europa expandiram seus negócios globalmente, levando à massa o que antes apenas a classe alta tinha acesso. Esse cenário conduziu às revoluções de comportamento e moda, observadas no século XX. Decifrar a composição de um perfume não é uma tarefa fácil. Um perfume é constituído de uma mistura extremamente complexa de substâncias orgânicas, mistura essa que denominamos fragrância. As fragrâncias podem ser de origem vegetal, animal ou até mesmo de origem sintética. Aquelas obtidas de origem vegetal podem ser extraídas tanto das flores quanto de árvores e arbustos. Atualmente, a classificação geral das fragrâncias engloba 14 diferentes tipos, basicamente, segundo a sua volatilidade e características olfativas: Cítrica > Lavanda > Ervas > Aldeídica > Verde > Fruta > Floral >Especiarias > Madeira > Couro > Animal > Almíscar > Âmbar > Baunilha. Um perfume não é composto apenas de uma fragrância, podendo conter várias delas. A fragrância final de um perfume é dividida em notas: superior (cabeça), do meio (coração) UNIDADE 2TÓPICO 1114 Q U Í M I C A G E R A L E O R G Â N I C A e de fundo (fixação). A nota superior é composta por fragrâncias mais voláteis, presentes no perfume e que evaporam rapidamente, constituindo o odor que primeiro percebemos. A nota do meio é composta por fragrâncias que constituem o verdadeiro cheiro (tema) do perfume, que perdura na pele por várias horas. A nota de fundo é composta por fragrâncias menos voláteis, constituídas por moléculas mais pesadas, também conhecidas como fixadores e que dão corpo ao perfume. A classificação das fragrâncias, segundo sua volatilidade e nota encontra-se na Figura 10: FIGURA 10 – CLASSIFICAÇÃO DAS FRAGRÂNCIAS SEGUNDO A SUA VOLATILIDADE E NOTA AROMÁTICA FONTE: Adaptada da referência de Dias e Cols, 1996 A combinação entre o tipo de pele e o perfume é de extrema importância. Pessoas com peles mais oleosas são capazes de permanecer perfumadas por mais tempo, com uma única aplicação de perfume. Isso ocorre em função de sua maior capacidade em fixar as substâncias presentes no perfume. No Brasil, o produto que conhecemos como perfume não é perfume propriamente dito, e sim água de toalete, a qual apresenta apenas 4% de essência em sua composição, enquanto o produto que é conhecidocomo perfume apresenta até 15% de essência (Tabela 5). Em função das altas temperaturas e taxas de transpiração em regiões tropicais como o Brasil, a utilização deles não é recomendada. Ao longo dos anos, diferentes tecnologias para a extração de fragrâncias de fontes naturais foram desenvolvidas. A técnica a ser empregada depende da matriz de onde se UNIDADE 2 TÓPICO 1 115 Q U Í M I C A G E R A L E O R G Â N I C A deve extrair a substância odorífera, e também de suas propriedades. Por exemplo, se uma substância odorífera é sensível ao calor (termolábil), não podem ser empregadas técnicas extrativas que fazem uso de altas temperaturas. Cabe destacar que, dependendo da região geográfica, época do ano e método com que uma mesma fragrância é obtida, produtos com características diferentes são obtidos. As técnicas mais utilizadas para a obtenção (extração) das fragrâncias podem ser divididas em dois grandes grupos: destilação e extração. A destilação é um modo de separação, baseado no fenômeno de equilíbrio líquido- vapor de misturas. Simplificadamente, quando diferentes substâncias formam uma mistura homogênea líquido-líquido, a destilação pode ser um método adequado para purificá-las: basta que tenham pontos de ebulição, razoavelmente diferentes entre si. De modo simplificado, uma aparelhagem básica de destilação encontra-se na Figura 11. Ela é constituída de um recipiente (balão de destilação), que contém a substância a ser destilada. Esse recipiente é aquecido e as substâncias, que entram na fase vapor, são conduzidas até o condensador, onde são resfriadas, para então serem coletadas no balão de recolhimento. FIGURA 11 – APARELHAGEM BÁSICA DE DESTILAÇÃO As técnicas de destilação empregadas para a obtenção de fragrâncias são: destilação a seco (dry distillation) e destilação por arraste a vapor (steam distillation). A destilação a seco envolve usualmente altas temperaturas e é por isso utilizada, principalmente, para as fragrâncias de baixa volatilidade e resistentes ao calor. Normalmente, cascas de árvores são os materiais utilizados como fonte de substância odorífica nesse tipo de destilação, uma vez que as altas temperaturas são necessárias para a UNIDADE 2TÓPICO 1116 Q U Í M I C A G E R A L E O R G Â N I C A volatilização de seus componentes. Na destilação por arraste a vapor, a água é adicionada ao sistema de destilação, sendo essa aquecida até o seu ponto de ebulição. O vapor d’água, assim gerado entra em contato com o material a ser extraído, que é então arrastado pelo vapor. No final, o óleo arrastado pelo vapor d’água é separado, uma vez que esses não se misturam. Umas das principais fragrâncias obtidas através de arraste a vapor é o óleo essencial de lavanda. O processo de extração por solvente é uma técnica que utilizamos diariamente. Dentre elas destacamos: a decocção, a infusão, a percolação e a maceração. Essa técnica é parecida com o processo de cozimento de alimentos ou o de preparo de alguns tipos de chás, que consiste em aquecer o material vegetal em contato com o solvente (no caso do cozimento e do chá, o solvente é a água). Após a ebulição por certo período de tempo, o material é resfriado e separado do solvente que contém, agora, as substâncias odoríficas de interesse dissolvidas. É exatamente como o chá-mate feito em casa, em que colocamos a erva para ferver com a água e que ao final é filtrado, estando pronto para ser bebido. Quando o fizer novamente, observe como o aroma da erva seca é transferido para a bebida. A técnica de infusão assemelha-se ao processo de preparo do popular cafezinho e chás em saquinhos, onde o solvente, já aquecido, é colocado em contato com o material a ser extraído. É o processo utilizado, por exemplo, para o preparo do chimarrão pela população da região sul do Brasil. Percolação, nesse método, o solvente frio passa (percola) pelo material que contém as substâncias a serem extraídas. O produto final de um processo de percolação é conhecido como percolato. Outro processo importante é o de maceração. Esse processo consiste, simplesmente, em colocar em contato o material, que possui as substâncias a serem extraídas, e o líquido extrator. É o mesmo utilizado quando, em casa, adicionamos azeite à pimenta e deixamos curtindo (macerando). Nesse processo, o azeite funciona como líquido extrator. Em função das características físico-químicas das substâncias presentes nos óleos essenciais, a água não é o solvente adequado, uma vez que as substâncias a serem extraídas não são solúveis nela. Na maioria dos casos, para a extração de substâncias odoríferas, são utilizados solventes orgânicos de baixo ponto de ebulição (para facilitar a sua remoção no final do processo), como o éter de petróleo. A técnica de extração conhecida como enfleurage será discutida mais à frente. FONTE: Leal; Barros; Miranda (2012). Disponível em: <http://pt.scribd.com/doc/54140142/9/ Feromonios-de-vertebrados>. Acesso em: 20 fev. 2012. UNIDADE 2 TÓPICO 1 117 Q U Í M I C A G E R A L E O R G Â N I C A Neste tópico você aprendeu que: • Os ácidos são compostos moleculares que possuem um único cátion, H+. • Os ácidos sofrem ionização em água, gerando um único íon positivo, o H3O +. • Os ácidos são classificados quanto ao número de elementos diferentes em binários, ternários e quaternários. • Os ácidos são classificados quanto ao número de hidrogênios ionizáveis em: monoácidos, diácidos, triácidos e tetrácidos. • Os ácidos são classificados quanto à presença ou ausência de oxigênio em: hidrácidos ou oxiácidos. • Os ácidos são classificados quanto à força, devido ao grau de ionização, em: fracos, moderados ou fortes. • Os hidrácidos recebem nomenclaturas distintas à dos oxiácidos. RESUMO DO TÓPICO 1 UNIDADE 2TÓPICO 1118 Q U Í M I C A G E R A L E O R G Â N I C A Caro(a) acadêmico(a), coloque em prática e fixe tudo que você aprendeu sobre os ácidos, fazendo os exercícios a seguir. 1 Realize a nomenclatura dos ácidos a seguir: a) HF b) HNO3 c) H3PO4 d) H2S 2 Monte a fórmula molecular dos seguintes ácidos: a) ácido tiocianídrico: b) ácido sulfuroso: c) ácido clórico: 3 Usando os ânions a seguir, monte a fórmula molecular dos futuros ácidos: a) NO3 - b) ClO4 - c) BO3 3- d) S2- e) SbO4 3- f) SiO4 4- 4 Em relação à força, classifique os ácidos a seguir. HF (α = 8%), HCl (α = 92%), HCN ( α = 0,008%), H2SO4 (α = 61%) e H3PO4 (α = 27%). 5 Observe os ácidos oxigenados a seguir e classifique-os quanto à força. a) H3PO4 b) HCℓO4 c) HNO2 d) HCℓO3 e) H3AsO4 AUT OAT IVID ADE � UNIDADE 2 TÓPICO 1 119 Q U Í M I C A G E R A L E O R G Â N I C A 6 Complete o quadro a seguir. Fórmula Nº de H+ Presença de oxigênio Força HI H2SO3 HCN HClO4 H2S H4SiO4 H3BO3 7 O ácido clorídrico (HCℓ)) consiste no gás cloreto de hidrogênio, que é bastante solúvel, dissolvido em água. O estômago secreta esse ácido para auxiliar na digestão dos alimentos. 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 da soldagem. Na extração do petróleo, o ácido clorídrico é introduzido no bolsão rochoso, dissolvendo uma parte das rochas e facilitando o fluxo do petróleo até a superfície. Algumas vezes, esse procedimento pode ajudar a tornar o poço de petróleo mais rentável. Como esse ácido éclassificado com relação ao número de hidrogênios ionizáveis, quanto à presença de oxigênio e força? 8 O sulfato de hidrogênio (H2SO4) é um líquido incolor, oleoso e solúvel em água, formado da solução aquosa denominada de ácido sulfúrico. Esse ácido é muito importante em todos os setores da química e, por isso, é fabricado em grandes quantidades. Um dos indicadores do desenvolvimento econômico de um país é o consumo desse ácido. Ele é usado, por exemplo, na fabricação de fertilizantes, velas, explosivos, corantes e baterias de automóveis. Quando concentrado é um poderoso oxidante e desidratante: açúcares, algodão, papel, madeira e tecidos podem ser destruídos por sua ação desidratante. Como esse ácido é classificado com relação ao número de hidrogênios ionizáveis, quanto à presença de oxigênio e força? UNIDADE 2TÓPICO 1120 Q U Í M I C A G E R A L E O R G Â N I C A Q U Í M I C A G E R A L E O R G Â N I C A BASES OU HIDRÓXIDOS 1 INTRODUÇÃO TÓPICO 2 UNIDADE 2 As bases ou hidróxidos são funções inorgânicas que apresentam pH básico ou alcalino, ou seja, na escala de pH possuem valores acima de oito, são corrosivas e apresentam sabor adstringente ou cáustico, como as bananas verdes, caqui, caju. Ao tato, as bases ou hidróxidos são escorregadias, ensaboadas. As bases são formadas por um cátion qualquer menos o H+, e o único ânion monovalente, a hidroxila ou hidróxido (OH-). Os metais alcalinos, (1A), metais alcalinos terrosos (2A) e os outros metais da tabela periódica, como os metais de transição (grupo B) aparecem como os cátions das bases ou hidróxidos, ou seja, o primeiro elemento da fórmula molecular. Para montar a fórmula molecular de uma base ou hidróxido, basta colocar a carga (nox) do cátion após a hidroxila (OH-), obedecendo à mesma regra já utilizada para os ácidos: a soma total das cargas deve ser nula. Exemplo: Na+1 -----------NaOH, Ca+2 ------------------Ca (OH)2, Al+3 ------------ Al (OH)3 , Pb +4 ----------- Pb (OH)4 etc. UNIDADE 2TÓPICO 2122 Q U Í M I C A G E R A L E O R G Â N I C A UNI Observe que quando a fórmula molecular terminar com OH-, o composto é uma base ou hidróxido! INDICADORES ÁCIDO/BASE São substâncias que apresentam a capacidade de mudar de cor em presença de meio ácido ou básico. A fenolftaleína, por exemplo, é um indicador que em meio ácido permanece incolor e em meio básico ou alcalino, apresenta coloração vermelha, rósea ou violácea. A maioria dos indicadores usados em laboratório é artificial, 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 que sua extração é bastante fácil. A maceração de uma folha de repolho roxo, seguida de sua diluição com água, permite obter uma solução roxa que mudará de cor tanto na presença de um ácido como na de uma base. (USBERCO; SALVADOR, 1999, p. 146). Indicador Ácido Base Tornassol Róseo Azul Fenolftaleína Incolor Vermelho Alaranjado de metila Vermelho Amarelo Azul de bromotimol Amarelo Azul QUADRO 16 – PRINCIPAIS INDICADORES ÁCIDO/BASE FONTE: A autora 2 DEFINIÇÃO, SEGUNDO ARRHENIUS As Bases ou hidróxidos são compostos iônicos, que quando em água sofrem dissociação iônica, produzindo um único íon negativo monovalente o OH- (hidroxila ou hidróxido). • A dissociação iônica ocorre quando uma base ou hidróxido entra em contato com a água e ocorre a separação dos íons, os cátions e os ânions. Exemplo: Ca (OH)2(s) + H2O(l) Ca +2 (aq) + 2OH - Dissociação do cátion Ca+2 e do ânion 2 OH-. UNIDADE 2 TÓPICO 2 123 Q U Í M I C A G E R A L E O R G Â N I C A 3 CLASSIFICAÇÃO DAS BASES OU HIDRÓXIDOS 3.1 QUANTO AO NÚMERO DE HIDROXILAS (OH-1) • Monobases: apresentam apenas uma hidroxila em sua fórmula molecular. Exemplo: NaOH, LiOH, KOH. • Dibases: apresentam duas hidroxilas em sua fórmula molecular. Exemplo: Ca(OH)2,, Mg (OH)2, Fe(OH)2 . • Tribases: apresentam três hidroxilas em sua fórmula molecular. Exemplo: B(OH)3 , Al(OH)3 . • Tetrabases: apresentam quatro hidroxilas em sua fórmula molecular. Exemplo: Pb(OH)4 . 3.2 QUANTO À SOLUBILIDADE EM ÁGUA • As bases ou hidróxidos solúveis em água são: o hidróxido de amônio (NH4OH), hidróxidos de metais alcalinos (Família 1A). Exemplo: RbOH. • Pouco solúveis em água são: os hidróxidos dos metais alcalinos-terrosos (Família 2A), com exceção do Mg. Exemplo: Ba(OH)2. • Insolúveis em água são: os hidróxidos de outros metais, Família 3A e metais de transição (famílias do grupo B). Exemplo: Pb(OH)2. UNIDADE 2TÓPICO 2124 Q U Í M I C A G E R A L E O R G Â N I C A 3.3 QUANTO À FORÇA Caro(a) acadêmico(a), a força das bases está relacionada ao grau de dissociação iônica (α), que é a separação do cátion e ânion em água. Porém, utiliza-se uma regra prática para definir essa classificação. • Bases fortes: formadas por cátions das famílias dos metais alcalinos (Família 1A) e metais alcalinos terrosos (Família 2A). Exemplo: NaOH, KOH, Ca(OH)2 e Ba(OH)2. • Bases fracas: as demais e o hidróxido de amônio. Exemplo: Al (OH)3 Fe(OH)2 e NH4OH. 4 NOMENCLATURA DAS BASES OU HIDRÓXIDOS Quando o cátion, primeiro elemento, apresentar nox (carga) fixa a regra de nomenclatura é: Hidróxido de …………………………… Nome do cátion Exemplos: LiOH - Hidróxido de lítio NaOH - Hidróxido de sódio NH3OH - Hidróxido de amônia Quando o cátion, primeiro elemento, apresentar nox (carga) variável, usa-se a terminação ico para o maior (carga maior) e oso para o menor (carga menor). E ainda, indica-se a numeração do nox (carga) em algarismos romanos. Exemplo: CuOH – Hidróxido Cuproso ou de Cu I Cu (OH)2 – Hidróxido Cúprico ou de Cu II Observação: aos ácidos que possuem sabor azedo, a maior parte é solúvel em água, são moleculares e só conduzem corrente elétrica em solução aquosa, as bases, apresentam sabor cáustico ou adstringente (banana verde), a maior parte é insolúvel em água, são iônicas ou moleculares e conduzem corrente elétrica em água e no estado fundido. Ao juntarmos um ácido e uma base ocorrerá uma reação de neutralização, também chamada de reação de salinificação, que irá gerar como produtos um sal e água. Os sais são as próximas funções inorgânicas que iremos estudar. UNIDADE 2 TÓPICO 2 125 Q U Í M I C A G E R A L E O R G Â N I C A Neste tópico, você aprendeu que: • As bases ou hidróxidos são compostos que ao se dissociarem em água, fornecem o único ânion monovalente, hidroxila ou hidróxido (OH-). • As bases podem ser classificadas quanto ao número de hidroxilas: em monobases, dibases, tribases ou tetrabases. • Algumas bases podem ser solúveis em água, pouco solúveis ou insolúveis. • As bases podem ser classificadas em: fortes ou fracas. • Os indicadores ácido-base são usados para identificar o pH ácido ou básico de uma solução. RESUMO DO TÓPICO 2 UNIDADE 2TÓPICO 2126 Q U Í M I C A G E R A L E O R G Â N I C A 1 Dê a nomenclatura para as seguintes bases: a) Ca (OH)2 b) Fe(HO)3 c) Mn(OH)2 2 Monte as fórmulas moleculares das bases a seguir. a) Hidróxido de alumínio b) Hidróxido de rubídio c) hidróxido de magnésio 3 Usando os cátions a seguir, monte as fórmulas moleculares e nomeie as respectivas bases: a) Fe+3 b) Au+ c) Sn4+d) Li+1 4 Complete o quadro a seguir. AUT OAT IVID ADE � Fórmula Nº de OH- Solub. em água Força Au(OH)3 NH4OH Zn(OH)2 Al(OH)3 RbOH Fe(OH)2 AgOH Q U Í M I C A G E R A L E O R G Â N I C A SAIS 1 INTRODUÇÃO TÓPICO 3 UNIDADE 2 Os sais são funções inorgânicas (compostos), muito frequentes em nosso dia a dia. Eles podem ser encontrados nos alimentos, pela função de realçar o sabor, como conservantes e ainda, como um dos ingredientes fundamentais de vários produtos, tais como, em xampus, pastas dentais etc. O bicarbonato de sódio (NaHCO3), por exemplo, é um sal muito utilizado em limpezas dentárias. 2 DEFINIÇÃO E COMPOSIÇÃO DOS SAIS Os sais são compostos iônicos formados com um cátion qualquer, menos o hidrogênio (H+), e por um ânion qualquer, menos a hidroxila (OH-). Lembre-se: para montar a fórmula molecular deve-se descer, no sentido inverso, as cargas do cátion e do ânion. Quando as cargas forem iguais (mesmo valor), porém, de sinais contrários, elas se anulam. Exemplo: Na+1 + Cl-1 NaCl Ca2+ + (NO3) -1 Ca(NO3)2 Ca2+ + (PO4) -3 Ca3(PO4)2 3 REAÇÃO DE NEUTRALIZAÇÃO Os sais são gerados a partir da reação de neutralização entre um ácido e uma base, que formará como produto, um sal e água. As reações de neutralização ou salinificação podem ser: neutralização total ou neutralização parcial. UNIDADE 2TÓPICO 3128 Q U Í M I C A G E R A L E O R G Â N I C A 3.1 REAÇÕES DE NEUTRALIZAÇÃO TOTAL E PARCIAL Quando o número de hidrogênio (H+) do ácido for igual ao número de hidroxilas (OH-) da base gera-se um sal normal ou neutro, neste caso temos uma reação de neutralização total. Quando o número de hidrogênio (H+) do ácido for superior ao número de hidroxilas (OH-) da base o sal será ácido ou hidrogenossal. Se o número de hidroxila (OH-) da base for superior ao número de hidrogênio (H+) do ácido, o sal será básico ou alcalino, também chamado de hidroxissal, nesses casos temos reações de neutralização parcial. Veja na figura a seguir, a reação de neutralização entre o ácido clorídrico e o hidróxido de sódio. Como o número de hidrogênio do ácido é igual ao número de hidroxila da base, temos uma reação de neutralização total, assim, forma-se um sal normal ou neutro, nesse caso, o cloreto de sódio, conhecido como sal de cozinha e água. Sal normal ou neutro FIGURA 46 – REAÇÃO DE NEUTRALIZAÇÃO ENTRE O ÁCIDO CLORÍDRICO E O HIDRÓXIDO DE SÓDIO FONTE: Disponível em: <pt.wikipedia.org>. Acesso em: 25 fev. 2012. Outros exemplos: na Figura 47 formou-se um sal básico ou alcalino (hidroxissal), pois o número de hidroxilas da base é três vezes maior que o número de hidrogênios do ácido. Já na Figura 48, como o número de hidrogênios do ácido é duas vezes maior que o número de hidroxilas da base, formou-se um sal ácido (hidrogenossal). Nos dois exemplos a seguir, temos reações de neutralização parcial. FIGURA 47 – REAÇÃO DE NEUTRALIZAÇÃO PARCIAL – SAL BÁSICO OU HIDRÓXISSAL FONTE: Disponível em: <sofi.com.br>. Acesso em: 25 fev. 2012. UNIDADE 2 TÓPICO 3 129 Q U Í M I C A G E R A L E O R G Â N I C A FIGURA 48 – REAÇÃO DE NEUTRALIZAÇÃO PARCIAL – SAL ÁCIDO OU HIDROGENOSSAL FONTE: Disponível em: <sofi.com.br>. Acesso em: 25 fev. 2102. 4 NOMENCLATURA DOS SAIS Para realizarmos a nomenclatura dos sais normais ou neutros, com nox do cátion fixo, devemos utilizar a seguinte regra: Nome do ânion + Nome do cátion Exemplo: KCl – Cloreto de potássio CaNO3 – Nitrato de cálcio Na3PO4 - Fosfato de sódio Observação: caso o cátion tenha carga (nox) variável, usa-se sufixo (terminação) ico para o maior e o sufixo (terminação) oso para o menor. E ainda, indica-se o valor do nox (carga) em algarismos romanos. Para verificar a variação do nox dos cátions, basta consultar sua tabela de cátions e ânions. Exemplo: CuCl - Cloreto cuproso ou de Cu I CuCl2 - Cloreto cúprico ou de Cu II • Nomenclatura dos sais ácidos (hidrogenossais) Para realizar a nomenclatura dos sais ácidos (hidrogenossais) mantemos a regra geral: Nome do ânion + Nome do cátion, porém adiciona-se o infixo ácido ou hidrogeno à nomenclatura. UNIDADE 2TÓPICO 3130 Q U Í M I C A G E R A L E O R G Â N I C A Exemplo: NaH2PO4 - Ortofosfato diácido de sódio ou Di-hidrogeno-ortofosfato de sódio Observação: o prefixo “di” foi utilizado para indicar a quantidade de hidrogênios na fórmula molecular do sal, que nesse caso são dois. • Nomenclatura dos sais básicos ou alcalinos (hidroxissais) Para realizar a nomenclatura dos sais básicos (hidroxissais) mantemos a regra geral: Nome do ânion + Nome do cátion, porém adiciona-se o infixo básico ou hidróxi à nomenclatura. Exemplo: Al(OH)Cl2 - Cloreto monobásico de alumínio Monohidróxi cloreto de alumínio. Observação: o prefixo “mono” foi utilizado para indicar a quantidade de hidroxilas na fórmula molecular do sal, que nesse caso é apenas uma. 5 PROPRIEDADES FUNCIONAIS DOS SAIS Os sais em sua maioria são: sólidos, cristalinos, com sabor “salgado” e apresentam altos pontos de fusão e ebulição. São compostos iônicos, ou seja, formados por íons, cátions e ânions, e, desta, forma conduzem corrente elétrica quando em solução aquosa. Os sais são também podem ser classificados em solúveis ou insolúveis em água, conforme sua composição molecular. Veja no quadro a seguir, a solubilidade dos sais em água formados pelos cátions e ânions. Ânions Solúveis Sais formados insolúveis Nitratos (NO3 -) Acetatos (CH3 –COO -) Cloretos (Cℓ-) Brometos (Br-) AgCℓ, PbCℓ2, Hg2Cℓ2 AgBr, PbBr2.Hg2Br2 Iodetos (I-) AgI, PbI2, Hg2I2, BiI2 Sulfatos (SO4 2-) CaSO4, SrSO4, BaSO4, PbSO4 Sais de metais alcalinos (1A) e amônio (NH4) QUADRO 17 - SOLUBILIDADE DOS SAIS UNIDADE 2 TÓPICO 3 131 Q U Í M I C A G E R A L E O R G Â N I C A Cátions Solúveis Sulfetos (S2-) Metais alcalinos (1A), alcalinos-terrosos (2A) e amônio (NH4) Hidróxidos (OH-) Metais alcalinos (1A), alcalinos-terrosos (2A) e amônio (NH4) Carbonatos (CO3 2-) Metais alcalinos (1A) e amônio (NH4) Fosfatos (PO4 3-) Metais alcalinos (1A) e amônio (NH4) Sais não citados Metais alcalinos (1A) e amônio (NH4) FONTE: A autora • SAIS HIDRATADOS Certos sais sofrem o processo de cristalização em presença de água, esta que é definida como água de cristalização ou água de hidratação. Os sais que cristalizam são chamados de sais hidratados ou hidratos e são nomeados em relação ao número de moléculas de hidratação (água). Exemplo: CuSO4. 5 H2O - Sulfato Cúprico ou de cobre II penta-hidratado. Observação: repare que a nomenclatura do sal carrega a quantidade de moléculas de água de hidratação, que neste caso, são cinco. 6 SAIS DUPLOS OU MISTOS São sais que apresentam em sua composição molecular dois cátions ou dois ânions. Exemplos: KNaSO4 = Sulfato duplo de sódio e potássio ou sulfato de sódio e potássio. Observação: neste caso, temos um sal duplo ou misto quanto aos cátions, o sódio e o potássio. CaBrCl = Cloreto brometo de cálcio. Observação: neste caso, temos um sal duplo ou misto quanto aos ânions, o cloreto e o brometo. UNIDADE 2TÓPICO 3132 Q U Í M I C A G E R A L E O R G Â N I C A Neste tópico, você viu que: • Sais são compostos iônicos formados por um cátion qualquer, menos o hidrogênio, e por um ânion qualquer, menos a hidroxila. • Os sais podem ser classificados em normais ou neutros, ácidos (hidrogenossais), básicos (hiroxissais) e saisduplos. • As reações de neutralização total dão origem a um sal normal ou neutro. • Os sais normais ou neutros recebem nomenclatura específica. • As reações de neutralização parcial dão origem a um sal ácido (hidrogenossal) ou um sal básico ou alcalino (hidroxissal). • Os sais ácidos (hidrogenossal) ou básicos (hidroxissais) recebem nomenclatura específica. • Os sais duplos podem ser classificados: duplo pelo cátion ou duplo pelo ânion. RESUMO DO TÓPICO 3 UNIDADE 2 TÓPICO 3 133 Q U Í M I C A G E R A L E O R G Â N I C A 1 Dê a nomenclatura para os seguintes sais: a) Na2CO3 b) LiCl c) MgCl2 d) RbNO3 e) K2 SO3 2 Escreva as estruturas dos seguintes sais: a) Iodeto de potássio. b) Nitrato de sódio. c) Brometo de amônio. 3 Monte as reações de neutralização a seguir. a) LiOH + H2SO4 → b) Ba(OH)2 + HCℓ → c) Bi(OH)3 + H2CO3 → d) NH3OH + H2S → e) Cu(OH)2 + HCℓ → 4 Monte a fórmula molecular dos respectivos sais formados. a) Na+ e SO4 2- b) Ba2+ e NO2 - c) Aℓ3+ e CO3 2- d) Cu2+ e BO3 3- e) Pb4+ e Cl- AUT OAT IVID ADE � UNIDADE 2TÓPICO 3134 Q U Í M I C A G E R A L E O R G Â N I C A Q U Í M I C A G E R A L E O R G Â N I C A ÓXIDOS 1 INTRODUÇÃO TÓPICO 4 UNIDADE 2 Os óxidos são compostos químicos (funções inorgânicas) que nos rodeiam diariamente. Muitos dos gases poluentes, liberados pela queima de combustíveis fósseis, são óxidos, como por exemplo, o dióxido de carbono – CO2 (gás carbônico), o monóxido de carbono – CO, o dióxido de enxofre – SO2 etc. A composição de muitos materiais também apresentam óxidos, como na areia a presença de óxido de silício – SiO, na oxidação dos metais o óxido ferroso (ferrugem), assim como, na formação da crosta terrestre, das rochas e de outros planetas. 2 DEFINIÇÃO E COMPOSIÇÃO DOS ÓXIDOS • Óxidos São compostos binários, ou seja, apresentam apenas dois elementos em sua composição molecular, onde o oxigênio (O-2) é sempre o segundo elemento e o mais eletronegativo. Composição: 1° elemento com o valor de seu nox (carga) + o oxigênio O-2 A regra da “inversão de cargas” é a mesma para a montagem da fórmula molecular de qualquer função inorgânica, como vimos nos tópicos anteriores. A carga (nox) do primeiro elemento desce, depois do segundo elemento e, a carga (nox) do segundo elemento desce depois do primeiro elemento. Veja nos exemplos a seguir: Al+3 O-2 Al2O3 UNIDADE 2TÓPICO 4136 Q U Í M I C A G E R A L E O R G Â N I C A Na+1 O-2 Na2O Quando os valores das cargas (nox) dos dois elementos forem iguais e de sinais opostos, elas se anulam. Exemplo: Ca+2 O-2 CaO Ba+2 O-2 BaO Quando os valores das cargas (nox) forem múltiplos deve-se recorrer ao método da “simplificação” para se obter os menores índices possíveis. Índices são os valores que indicam a quantidade de átomos dos elementos na fórmula molecular, que também é chamado de atomicidade. Veja nos exemplos a seguir: C+4 O-2 C2O4 divide-se tudo por 2 CO2 Pb+4 O-2 Pb2O4 divide-se tudo por 2 PbO2 3 CLASSIFICAÇÃO Os óxidos podem ser classificados por vários critérios que veremos a seguir. Inicialmente, podemos classificá-los quanto ao número de oxigênios presentes em sua composição molecular. a) Monóxidos: apresentam apenas um oxigênio em sua composição molecular. Exemplo: CO. b) Dióxidos: apresentam dois oxigênios em sua composição molecular. Exemplo: CO2. c) Trióxidos: apresentam três oxigênios em sua composição molecular. Exemplo: Al2O3. 3.1 ÓXIDOS BÁSICOS São óxidos que reagem com um ácido formando sal e água ou reagem com água, produzindo uma base ou hidróxido. UNIDADE 2 TÓPICO 4 137 Q U Í M I C A G E R A L E O R G Â N I C A Exemplos: Li2O + H2O 2 LiOH Li2O + 2HBr 2 LiBr + H2O Os óxidos básicos são compostos por metais alcalinos (família 1A), metais alcalinos terrosos (Família 2A) e por elementos com número de oxidação (+1; +2 ou +3). São compostos iônicos, sólidos que apresentam o único ânion, o oxigênio (O2-), com elevados pontos de fusão e de ebulição. Os óxidos dos metais alcalinos (Família 1A e nox = +1) são solúveis em água, os demais são pouco solúveis. 3.1.1 Óxidos ácidos ou anidridos São óxidos que reagem com uma base ou hidróxido, produzindo sal e água ou reagem com água, produzindo um ácido. Exemplos: SO3 + H2O H2SO4 SO3 + 2 KOH K2SO4 + H2O Os óxidos ácidos são formados geralmente, por gases, elementos não metálicos ou por elementos metálicos com número de oxidação (carga) elevados. Exemplos: Cr2O3 , Mn2O3 , Mn2CrO4 etc. 3.2 NOMENCLATURA DOS ÓXIDOS Para realizarmos a nomenclatura dos óxidos, devemos ter em mãos, a tabela de cátions e ânions e seguir as regras citadas a seguir. Óxido + nome do elemento (quando este apresentar carga (nox) fixa) Exemplos: CaO – Óxido de cálcio Li2O – Óxido de lítio UNIDADE 2TÓPICO 4138 Q U Í M I C A G E R A L E O R G Â N I C A CO - Óxido de carbono ou monóxido de carbono Al2O3 – Óxido de alumínio ou trióxido de alumínio Note que em alguns casos, podemos usar a classificação quanto ao número de oxigênios na própria nomenclatura. Caso o elemento (que antecipa o oxigênio) apresentar carga (nox) variável, usa-se a terminação ico para o maior e oso para o menor. E ainda, indica-se a numeração da carga (nox) em algarismos romanos. Veja os exemplos a seguir: Exemplo: PbO - Óxido Plumboso ou de Pb II PbO2 - Óxido Plúmbico ou de Pb IV Fe2O3 - Óxido Férrico ou de Fe III FeO - Óxido Ferroso ou de Fe II CuO - Óxido Cúprico ou de Cu II Cu2O - Óxido Cuproso ou de Cu I UNI Caro(a) acadêmico(a), perceba que o número que está depois do oxigênio, ou seja, o índice ou atomicidade é exatamente o valor da carga (nox) do primeiro elemento. 3.3 ÓXIDOS ANFÓTEROS São os óxidos que podem se comportar como óxidos básicos ou como óxidos ácidos. Os óxidos anfóteros, geralmente apresentam-se na forma sólida, são compostos moleculares e insolúveis em água. Para identificar os óxidos anfóteros, basta atentar em sua composição molecular. Podem ser formados por: • Metais de zinco, alumínio, estanho e chumbo conforme os exemplos abaixo, respectivamente: ZnO, Al2O3 , SnO , SnO2 , PbO e PbO2 UNIDADE 2 TÓPICO 4 139 Q U Í M I C A G E R A L E O R G Â N I C A • Semimetais de arsênio e antimônio, conforme os exemplos a seguir, respectivamente: • As2O3 e As2O5 , Sb2O3 e Sb2O5 Exemplos: ZnO + 2 HCl ZnCl2 + H2O óxido básico 2 NaOH + ZnO Na2ZnO2 + H2O óxido ácido 3.4 ÓXIDOS INDIFERENTES OU NEUTROS São óxidos que não reagem com água, nem com ácidos e nem com bases. Não apresentam caráter ácido, nem caráter básico. São compostos gasosos, moleculares e são formados por não metais. São óxidos indiferentes ou neutros: CO (monóxido de carbono), N2O (monóxido de nitroso) e NO (monóxido nítrico). 3.5 ÓXIDOS DUPLOS, MISTOS OU SALINOS São óxidos formados, a partir de dois outros óxidos, do mesmo elemento químico. Exemplos:Fe3O4 = FeO + Fe2O3 Pb3O4 = 2 PbO + PbO2 São óxidos iônicos, metálicos e se apresentam no estado sólido. 3.6 PERÓXIDOS São óxidos que reagem com a água ou com ácidos diluídos, produzindo o peróxido de hidrogênio, conhecido como “água oxigenada” (H2O2). UNIDADE 2TÓPICO 4140 Q U Í M I C A G E R A L E O R G Â N I C A Exemplos: Na2O2 + 2 H2O 2 NaOH + H2O2 Na2O2 + H2SO4 Na2SO4 + H2O2 A nomenclatura segue as mesmas regras dos óxidos, porém utiliza-se como primeiro substantivo, a palavra PERÓXIDO. Exemplo: Na2O2 - Peróxido de sódio H2O2 - Peróxido de hidrogênio Os peróxidos mais encontrados são: • Peróxido de hidrogênio: H2O2 (quando em solução aquosa chama-se “Água Oxigenada”). • Peróxidos dos metais alcalinos (1A): Na2O2, K2O2 (peróxido de potássio) etc. • Peróxidos dos metais alcalinos terrosos (2A): BaO2 (peróxido de bário). O H2O2 (água oxigenada) é um composto líquido molecular (hidrogênio com o não metal oxigênio); os demais peróxidos são compostos sólidos iônicos, onde encontramos o ânion O22-, de fórmula estrutural - O - O -. O Nox (carga) do oxigênio nos peróxidos é -1, justamente para zerar a soma de todas as cargas da molécula, como estudamos em unidades anteriores. 3.7 POLIÓXIDOS OU SUPERÓXIDOS São óxidos que reagem com a água ou com ácidos diluídos, produzindo peróxido de hidrogênio, “Água oxigenada” (H2O2) e oxigênio. Exemplos: K2O4 ou KO2 - Polióxido de potássio K2O4 + 2 H2O 2 KOH + H2O2 + O2 K2O4 + H2SO4 K2SO4 + H2O2 + O2 Os polióxidos são compostos sólidos iônicos, formados pelos cátions de metais alcalinos (família 1A) ou de metais alcalinos terrosos (2A) e pelo ânion polióxido (O42- ). O NOX (carga) do oxigênio nos polióxidos é - ½ justamente para zerar a soma de todas as cargas da molécula, como estudamos em unidades anteriores. UNIDADE 2 TÓPICO 4 141 Q U Í M I C A G E R A L E O R G Â N I C A UNI Caro(a) acadêmico(a), repare que nos produtos das reações acima representadas, há a ocorrência de setas para cima, isso indica a liberação de gás, que neste caso é o gás de oxigênio (O2). UNIDADE 2TÓPICO 4142 Q U Í M I C A G E R A L E O R G Â N I C A Neste tópico, você viu que: • Óxidos são compostos binários que possuem o oxigênio como o elemento mais eletronegativo. • Os óxidos são classificados em: óxidos ácidos, óxidos básicos, óxidos indiferentes, óxidos anfóteros, óxidos duplos, peróxidos e polióxidos. • Nomenclatura dos óxidos deve seguir a regra: óxido + nome do elemento que antecipa o oxigênio (quando este apresentar nox fixo). • Caso o elemento (que antecipa o oxigênio) apresentar carga (nox) variável, usa-se em sua nomenclatura a terminação ico para o maior e oso para o menor. E ainda, indica-se a numeração da carga (nox) em algarismos romanos. RESUMO DO TÓPICO 4 UNIDADE 2 TÓPICO 4 143 Q U Í M I C A G E R A L E O R G Â N I C A 1 Quais são os compostos que compõem as funções inorgânicas? 2 Realize a nomenclatura dos óxidos a seguir: a) Li2O b) Ag2O c) PbO d) Fe2O3 3 Monte as fórmulas moleculares para os seguintes óxidos: a) Óxido plúmbico. b) Óxido auroso. c) Óxido de cálcio. d) Óxido cúprico. 4 Associe os itens, utilizando o código a seguir: I-Sal ( ) Al2O3 II-Base ( ) H3PO4 III-Óxido ( ) K2SO4 IV-Ácido ( ) NH3OH Agora, assinale a alternativa que apresenta a sequência CORRETA: a) ( ) I – III – IV – II. b) ( ) III – II – I – IV. c) ( ) III – IV – I – II. d) ( ) II – IV – I – III. 5 Indique a função química a que pertence cada uma dessas substâncias: a) Hidróxido de potássio. b) Ácido clorídrico. c) Monóxido de cálcio. 6 Alguns óxidos gasosos, como o dióxido de enxofre, o monóxido de carbono e o dióxido de nitrogênio, são altamente tóxicos ao meio ambiente. O dióxido de enxofre provoca desde espasmos passageiros dos músculos lisos dos bronquíolos até inflamações graves nas mucosas. O dióxido de nitrogênio, além de irritar olhos e mucosas em AUT OAT IVID ADE � UNIDADE 2TÓPICO 4144 Q U Í M I C A G E R A L E O R G Â N I C A geral, pode provocar enfisema pulmonar. O monóxido de carbono combina-se com a hemoglobina, produzindo asfixia. A respeito desses três óxidos, classifique V para as sentenças verdadeiras e F para as falsas, justificando sua resposta: ( ) O dióxido de enxofre, ao reagir com a água, origina ácido sulfuroso. ( ) O CO, por ser um óxido neutro ou indiferente, não reage nem mesmo com o oxigênio. ( ) A reação do NO2 com a água pode ser representada por: 2 NO2 + H2O → HNO3 + HNO2 Agora, assinale a alternativa que apresenta a sequência CORRETA: a) ( ) V – F – V. b) ( ) V – V – F. c) ( ) F – V – V. d) ( ) F – V – F. 7 Os principais óxidos poluentes do ar nos grandes centros urbanos são: o gás sulfuroso (SO2) e o monóxido de carbono (CO). O SO2 é proveniente das indústrias que queimam combustíveis fósseis (carvão e petróleo). Já o CO provém da combustão incompleta da gasolina em veículos automotivos desregulados. Sabendo-se que o SO2 (causador da chuva ácida) e o CO (causador da inibição respiratória) são óxidos, quais são suas classificações, respectivamente? 8 Escreva as equações das reações de óxido de potássio com a água e de trióxido de enxofre com a água, classifique os óxidos e escreva a reação dos dois produtos formados nas reações dos dois óxidos com a água. UNIDADE 2 TÓPICO 4 145 Q U Í M I C A G E R A L E O R G Â N I C A AVA LIA ÇÃO Prezado(a) acadêmico(a), agora que chegamos ao final da Unidade 2, você deverá fazer a Avaliação referente a esta unidade. UNIDADE 2TÓPICO 4146 Q U Í M I C A G E R A L E O R G Â N I C A
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