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55 UNIDADE 2 FUNÇÕES INORGÂNICAS OBJETIVOS DE APRENDIZAGEM PLANO DE ESTUDOS A partir desta unidade você será capaz de: • identificar as principais funções inorgânicas; • conhecer os grupos funcionais pertencentes à química inorgânica; • nomear as funções inorgânicas conforme as regras da IUPAC; • estudar as propriedades dos compostos inorgânicos. A unidade de ensino a seguir contempla quatro tópicos e, ao final desses tópicos, você encontrará atividades que irão contribuir para a compreensão e fixação dos conteúdos estudados. TÓPICO 1 – ÁCIDOS TÓPICO 2 – BASES OU HIDRÓXIDOS TÓPICO 3 – SAIS TÓPICO 4 – ÓXIDOS 56 57 TÓPICO 1 ÁCIDOS UNIDADE 2 1 INTRODUÇÃO Caro acadêmico, seja bem-vindo à Unidade 2 do nosso caderno de estudos. Neste primeiro tópico iremos estudar as funções inorgânicas que contemplam centenas de compostos que utilizamos em nosso dia a dia. Bom estudo! 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. As funções inorgânicas são compostos 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. 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 NÚMERO DE OXIDAÇÃO (NOX) – CARGA DOS ÍONS O nox (número de oxidação) é a carga positiva ou negativa que um átomo adquire ao realizar uma ligação química, iônica, por exemplo. No geral, nox é o valor da carga de uma espécie química. UNIDADE 2 | FUNÇÕES INORGÂNICAS 58 Ao realizar uma ligação química e adquirir carga positiva ou negativa (nox) o átomo torna-se um íon.. Exemplos: 1º) No composto NaCl. O sódio (Na) está presente na família 1A da Tabela Periódica e por isso se estabiliza formando um cátion monovalente, com nox = +1 (Na+), e o cloro que pertence à família 7A se 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. 2º) Na molécula da água, H2O: Neste caso, de uma fórmula molecular, devemos imaginar que o par de elétrons da ligação covalente ou dativa será compartilhado com o átomo mais eletronegativo: H O H “perde” o elétron “ganha” os pares de elétrons “perde” o elétron +1 -2 +1 Em cada ligação covalente, o par de elétrons será compartilhado com o oxigênio, que é mais eletronegativo que o hidrogênio. Assim, cada hidrogênio “ficará” com carga (+ 1) e o oxigênio “ficará” com carga (- 2). Estas cargas (nox) teóricas, então, serão os números de oxidação de cada átomo: Cada hidrogênio NOX = + 1 Cada oxigênio NOX = -2 ATENCAO TÓPICO 1 | ÁCIDOS 59 2.1 DETERMINAÇÃO DO NOX (NÚMERO DE OXIDAÇÃO) Algumas regras podem ser utilizadas para facilitar a determinação do número de oxidação. 1°- Toda substância simples apresenta número de oxidação (nox) igual a ZERO. QUADRO 9 - EXEMPLOS DE NOX DE SUBSTÂNCIAS SIMPLES Átomo Substância simples NOX Hidrogênio H2 zero Oxigênio O2, O3 zero Cloro Cl2 zero Ferro Fe zero 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 10. QUADRO 10: NOX DOS ELEMENTOS DO GRUPO A DA TABELA PERIÓDICA Famílias grupo A 1A 2A 3A 4A 5A 6A 7A Nox +1 +2 +3 +4 -4 -3 -2 -1 FONTE: A autora Obs.: O nox do hidrogênio (H+) normalmente é +1, podendo em alguns casos apresentar nox = -1. Note no Quadro 10 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. Caro acadêmico, consulte em sua Tabela Periódica, na parte posterior, a tabela de cátions e ânions, lá você encontrará íons com nox fixos e íons com nox variáveis. ATENCAO UNIDADE 2 | FUNÇÕES INORGÂNICAS 60 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). QUADRO 11 - NOX DOS ÁTOMOS QUE COMPÕEM O HNO3 Fórmula H S O4 Cada átomo +1 ? -2 +1 +7 -8 FONTE: A autora Para que a soma de todos os nox seja igual a zero, o enxofre (S) apresentará NOX= +7. Observe que ao somarmos os valores de nox positivos tem-se +1 + +7 = +8. Como tem-se quatro átomos de oxigênio, multiplicamos: 4 x -2 = -8. Assim, +8 - 8 = 0. Logo, na soma as cargas positivas e negativas devem se anular. 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 à carga negativa, para que no final as cargas sejam zeradas. 4º - No caso de íons oxigenados, a soma das cargas (nox) deve ser igualada à 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 à sua carga, - 2. Assim: Cr2 x O7 -2 ------- 2x – 14 = -2 -------- 2x = - 2 + 14 -------- 2x = + 12 ------- x = 12/2 ----- x = +6. ATENCAO TÓPICO 1 | ÁCIDOS 61 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. 2.2 IONIZAÇÃO E DISSOCIAÇÃO A palavra ionização se refere aos íons, cátions e ânions, já a palavra 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 +). Verifique a seguir como ocorre a ionização do ácido bromídrico, gerando uma solução eletrolítica, ou seja, que conduz corrente elétrica: UNIDADE 2 | FUNÇÕES INORGÂNICAS 62 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 sobre os ácidos e bases ou hidróxidos (funções inorgânicas) e também sobre o grau de ionização ( α ). 2.3 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 abaixo: QUADRO 12 - FÓRMULA PARA O CÁLCULO DO GRAU DE IONIZAÇÃO Número total de moléculas ionizadas α = ---------------------------------------------------------- Número total de moléculas dissolvidas FONTE: A autora 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 (ou grau de dissociação) faremos: α = ⇒ 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 = ⇒ 0,08 x 100 = 8% TÓPICO 1 | ÁCIDOS 63 Dependendo do grau de ionização, os eletrólitos podem ser classificados em: • Eletrólito forte: quando o α ≥ 50% • Eletrólito moderado: quando o α variar de 5% ≤ α < 50% • Eletrólito fraco: quando o α < 5% 3 ÁCIDOS Caro acadêmico, todos nós, em algum momento da vida, já experimentamos alguma substância ácida, seja uma fruta, um alimento ou uma substância química que sentimos o odor. Neste momento iremos estudar exatamente o que são essas substâncias ácidas, para que elas servem, quais seus benefícios e seus malefícios. “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, Geraldo José, 2011, pag. 151). Exemplo: HNO3 ----------- H+1 e NO3-1 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. Na figura a seguir 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 do pH, mais alcalina ou básica será a substância. No sete encontra-se o valor de pH neutro. ATENCAO UNIDADE 2 | FUNÇÕES INORGÂNICAS 64 FIGURA 30 - ESCALA DE PH FONTE: Disponível em: <http://www.blog.mcientifica.com.br/wp content/uploads/2013/10/ escala-de-ph-01.jpg.>. Acesso em: 29 jan. 2016. Exemplo: um refrigerante à base de cola apresenta pH = 2,5 - o que o torna muito ácido e agressivo ao nosso estômago, que já produz o ácido clorídrico, o qual auxilia na reação de digestão. FIGURA 31 - EXEMPLOS DE ALGUMAS SUBSTÂNCIAS E VALORES DE PH FONTE: Disponível em: <http://www.sobiologia.com.br/figuras/Oitava_quimica/pH.gif.>. Acesso em: 29 jan.2016. TÓPICO 1 | ÁCIDOS 65 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, Geraldo José, 2011, pag. 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) ESPÉCIE RESPONSÁVEL PELO CARÁTER ÁCIDO: ÍON HIDRÔNIO OU HIDROXÔNIO. A ionização ocorre em etapas, o que depende do número de hidrogênios ionizáveis, ou seja, se o ácido apresenta um hidrogênio ionizável, a 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 Obs.: Ocorreu a formação de dois íons hidrônios ou hidroxônios (2 H3O+), justamente porque o ácido sulfúrico (H2SO4) possui dois hidrogênios ionizáveis. UNIDADE 2 | FUNÇÕES INORGÂNICAS 66 Construção da fórmula molecular de um ácido Formulação Geral = HxA ONDE: H = H + x = NOX de A não oxigenado A = ânion { oxigenado 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. 3.2 CLASSIFICAÇÃO Os ácidos podem ser classificados através de alguns critérios citados a seguir: 3.2.1 Quanto ao número de elementos diferentes • Binários: são ácidos que apresentam dois elementos diferentes. Exemplo: HI (ácido iodídrico). • Terciários: são ácidos que apresentam três elementos diferentes. Exemplo: HCN (ácido cianídrico). • Quaternários: são ácidos que apresentam quatro elementos diferentes. Exemplo: HSCN (ácido tiocianídrico). TÓPICO 1 | ÁCIDOS 67 3.2.2 Quanto ao número de hidrogênios ionizáveis • Monoácidos: são ácidos que apresentam apenas um hidrogênio ionizável. Exemplo: HNO2 (ácido nitroso); H3PO2 (ácido hipofosforoso, este ácido é uma exceção, pois sóioniza um hidrogênio em água). • Diácidos: são ácidos que apresentam dois hidrogênios ionizáveis. Exemplo: H2SO3 (ácido sulfuroso), H3PO3 (ácido fosforoso, este ácido é uma exceção, pois só ioniza dois hidrogênios em água). • Triácidos: são ácidos que apresentam três hidrogênios ionizáveis. Exemplo: H3BO3 (ácido brômico); H3PO4 (ácido fosfórico). • Tetrácidos: são ácidos que apresentam quatro hidrogênios ionizáveis. Exemplo: H4SiO4 (ácido silícico) 3.2.3 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). 3.2.4 Quanto à força A força dos ácidos está relacionada com o grau de ionização (α). Assunto já visto anteriormente. No geral, seguimos a regra descrita abaixo, 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. UNIDADE 2 | FUNÇÕES INORGÂNICAS 68 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 Muitas vezes a força dos ácidos, quanto ao grau de ionização, não influencia diretamente outras propriedades químicas, como, por exemplo, a corrosão, a toxicidade de inalação etc. Veja alguns exemplos: • 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. Força dos hidrácidos: Devido aos valores do grau de ionização (α) de cada hidrácido, a definição das forças pode assim ser resumida: a) Hidrácidos fortes: HCl, HBr e HI. b) Hidrácido moderado: HF. c) Hidrácidos fracos: os demais HCN, HSCN, H2S e etc. IMPORTANT E TÓPICO 1 | ÁCIDOS 69 3.3 NOMENCLATURA DOS ÁCIDOS a) Nomenclatura dos Hidrácidos Caro acadêmico, para nomear os hidrácidos basta seguir a regra abaixo: Ácido + nome do ânion + a terminação: ídrico Exemplos: HBr – Ácido + brometo + terminação: ídrico = Ácido bromídrico. H2S - Ácido + sulfeto + terminação: ídrico = Ácido Sulfídrico Note que na nomenclatura todos os hidrácidos apresentam a terminação ídrico. b) Nomenclatura dos Oxiácidos Caro acadêmico, para nomear os oxiácidos basta seguir a regra abaixo: Ácido + nome do ânion + a terminação: ico para o maior ânion + a terminação: oso para o menor ânion Exemplos: H2SO4 – Ácido + sulfato + a terminação: ico = Ácido sulfúrico H2SO3 – Ácido + sulfito+ a terminação: oso = Ácido sulfuroso Para definir o maior e o menor ânion, deve-se observar o número de oxigênios. O ânion que apresentar um número maior de oxigênio será o maior. Assim como o ânion que apresentar um número menor de oxigênio será o menor. ATENCAO UNIDADE 2 | FUNÇÕES INORGÂNICAS 70 Caro acadêmico, 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. Exemplos: 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 Verifique a terminação dos nomes dos ânions em sua tabela e saiba qual a terminação utilizar na nomenclatura do respectivo ácido. Terminação nome Terminação nome dos ânions: dos ácidos: ato ............................................................. ico ito .............................................................. oso eto ............................................................. ídrico Caro acadêmico, para complementar seu estudo sobre a aplicação do pH, segue abaixo um experimento. Boa prática! NOTA DICAS TÓPICO 1 | ÁCIDOS 71 EXPERIMENTO: Indicador Ácido-Base de repolho roxo Os indicadores ácido-base são substâncias que mudam de cor, informando se o meio está ácido ou básico. Existem indicadores sintéticos, como a fenolftaleína, o azul de bromotimol, o papel de tornassol e o alaranjado de metila. Porém, existem também algumas substâncias presentes em vegetais que funcionam como indicadores ácido-base naturais. Geralmente, essas substâncias estão presentes em frutas, verduras, folhas e flores bem coloridas. Alguns exemplos são a beterraba, a jabuticaba, a uva, amoras, folhas vermelhas, entre outras. Aqui aprenderemos a fazer um indicador ácido-base com repolho roxo e veremos como ele muda de cor à medida que alteramos o pH do meio através de alguns produtos que usamos no dia a dia. Materiais e reagentes: • repolho roxo; • água • liquidificador; • coador; • 11 copos transparentes ou béqueres; • caneta e etiquetas para enumerar os copos; • limão; • vinagre; • bicarbonato de sódio; • sabão em pó; • água sanitária; • detergente; • açúcar; • leite; • sal amoníaco; • soda cáustica (tome muito cuidado ao manipulá-la e sempre use luvas, pois a soda cáustica é corrosiva, podendo causar queimaduras graves na pele). Procedimento experimental: • Bata 1 folha de repolho roxo com 1 litro de água no liquidificador; • Coe esse suco, pois o filtrado será o nosso indicador ácido-base natural (se não for usar o extrato de repolho roxo na hora, guarde-o na geladeira, pois ele decompõe-se muito rápido); • Enumere cada um dos copos; • Coloque o extrato de repolho roxo nos 11 copos; • Acrescente nos copos 2 a 11 as seguintes substâncias, na respectiva ordem: soda cáustica, água sanitária, sabão em pó, bicarbonato de sódio, sal amoníaco, açúcar, leite, detergente, vinagre e limão. • Observe as cores das soluções. UNIDADE 2 | FUNÇÕES INORGÂNICAS 72 Soluções com extrato de repolho roxo funcionando como indicador de pH* Assim, no experimento realizado, as cores observadas devem ser parecidas com as mostradas a seguir: Resultados e Discussão: As substâncias presentes nas folhas de repolho roxo que o fazem mudar de cor em ácidos e bases são as antocianinas. Esse indicador está presente na seiva de muitos vegetais, tais como uvas, jabuticabas, amoras, beterrabas, bem como em folhas vermelhas e flores de pétalas coloridas, como as flores de azaleia e quaresmeira. As antocianinas são responsáveis pela coloração rosa, laranja, vermelha, violeta e azul da maioria das flores. Em água (pH neutro = 7), esse indicador tem coloração roxa, mas conforme a imagem a seguir mostra, ele muda de vermelho em solução ácida (pH < 7) para púrpura e depois verde em solução básica (pH > 7). No caso da solução ser fortemente básica, ele torna-se amarelo: TÓPICO 1 | ÁCIDOS 73 Resultado de experimento com indicador de repolho roxo em soluções ácidase básicas Observe que, geralmente, os produtos de limpeza são básicos. A soda cáustica, por exemplo, é a base hidróxido de sódio (NaOH). Em contrapartida, muitos alimentos possuem caráter ácido, como é o caso do vinagre, que é composto pelo ácido acético, e o limão, que possui ácido cítrico e ácido ascórbico (vitamina C), tendo um pH muito baixo (pH do limão = 2). Já o açúcar e o leite possuem pH próximo ao básico. FONTE: FOGAÇA, J. Disponível em: <http://manualdaquimica.uol.com.br/experimentos-quimica/ indicador-acido-base-com-repolho-roxo.htm.>. Acesso em: 29 jan. 2016. 74 RESUMO DO TÓPICO 1 Com este 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, 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 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 das dos oxiácidos. 75 AUTOATIVIDADE Através desta autoatividade, coloque em prática e fixe tudo o que você aprendeu sobre os ácidos. 1 Realize a nomenclatura dos ácidos a seguir: a) HF: b) HNO3 : 2 Monte a fórmula molecular dos seguintes ácidos: a) ácido tiocianídrico: b) ácido sulfuroso: 3 Com relação à força, classifique os ácidos abaixo: a) HCl (α = 92%): b) HCN ( α = 0,008%): 4 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? 76 77 TÓPICO 2 BASES OU HIDRÓXIDOS UNIDADE 2 1 INTRODUÇÃO 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. Observe que quando a fórmula molecular terminar com OH-, o composto é uma base ou hidróxido! ATENCAO UNIDADE 2 | FUNÇÕES INORGÂNICAS 78 Os indicadores ácido/base são substâncias que apresentam a propriedade 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 líquens. 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) QUADRO 13 - INDICADORES ÁCIDO/BASE MAIS UTILIZADOS EM EXPERIMENTOS QUÍMICOS Indicador Ácido Base Tornassol Rosa Azul Fenolftaleína Incolor Vermelho Alaranjado de metila Vermelho Amarelo Azul de bromotimol Amarelo Azul FONTE: A autora 2 DEFINIÇÃO DAS BASES OU HIDRÓXIDOS SEGUNDO ARRHENIUS “Bases são compostos iônicos, que quando em água sofrem dissociação iônica, gerando um único íon negativo, 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-. TÓPICO 2 | BASES OU HIDRÓXIDOS 79 2.1 CLASSIFICAÇÃO DAS BASES OU HIDRÓXIDOS 2.1.1 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 . 2.1.2 Quanto à solubilidade em água • Solúveis: O hidróxido de amônio (NH4OH), hidróxidos de metais alcalinos (1A). Exemplo: RbOH. • Pouco solúveis: Os hidróxidos dos metais alcalinos-terrosos (2A), com exceção do Mg. Exemplo: Ba(OH)2. • Insolúveis: Os hidróxidos de outros metais. Exemplo: Pb(OH)2. 2.1.3 Quanto à força Caro acadêmico, a força das bases está relacionada ao grau de dissociação iônica (α), que é a separação do cátion e ânion em água, porém utilizaremos uma regra prática para definir essa classificação. • Bases fortes: formadas por cátions das famílias dos metais alcalinos (1A) e metais alcalinos terrosos (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. UNIDADE 2 | FUNÇÕES INORGÂNICAS 80 Caro acadêmico, para que você possa aprofundar seus conhecimentos, seguem abaixo algumas informações sobre as bases mais comuns em nosso cotidiano: Hidróxido de sódio: 1. Fórmula: NaOH. 2. Fontes: ele é produzido por meio da eletrólise (passagem de corrente elétrica através da solução com separação de seus íons) de uma solução de sal de cozinha (cloreto de sódio) e água: 2 NaCl + 2 H 2 O → 2 NaOH + H 2 + Cl 2 3. Aplicações: é comercialmente conhecido como soda cáustica e é utilizado na purificação de óleos vegetais, de derivados do petróleo, na fabricação de papel, celulose, tecidos, corantes e produtos para desentupir pias. A sua aplicação mais importante é na fabricação de sabão, sendo misturada com gorduras ou óleos, sob aquecimento: Óleo ou gordura + NaOH → sabão + glicerina FIGURA 32 - HIDRÓXIDO DE SÓDIO (SODA CÁUSTICA), QUE MISTURADA COM ÓLEOS OU GORDURAS ORIGINA O SABÃO FONTE: Disponível em: <http://alunosonline.uol.com.br/ quimica/bases-mais-comuns-no-cotidiano.html.>. Acesso em: 03 fev. 2016. Hidróxido de cálcio: 1. Fórmula: Ca(OH) 2 . 2. Fontes: é obtido por meio da hidratação da cal vivaou cal virgem, que é o óxido de cálcio (CaO): CaO +H 2 O → Ca(OH) 2 3. Aplicações: conhecido comercialmente por vários nomes, como cal extinta, cal hidratada, cal extinta ou cal apagada. Quando esse sólido branco é misturado com água, é denominado DICAS TÓPICO 2 | BASES OU HIDRÓXIDOS 81 água de cal e é usado principalmente em pinturas do tipo caiação, na produção de argamassa para construções, para diminuir a acidez do solo, em tratamentos odontológicos, como inseticida, como fungicida e no tratamento de água e esgotos. FIGURA 33 - CA(OH) 2 SENDO UTILIZADA NA PRODUÇÃO DE ARGAMASSA E CAL FONTE: Disponível em: <http://alunosonline.uol.com.br/quimica/ bases-mais-comuns-no-cotidiano.html.>. Acesso em: 03 fev. 2016. Hidróxido de magnésio: 1. Fórmula: Mg(OH) 2 . 2. Fontes: pode ser encontrado naturalmente sob a forma do mineral brucita e também pode ser obtido por meio da decomposição térmica da magnesita e reação com vapor de água. 3. Aplicações: quando misturado com água, ele dá origem ao leite de magnésia, usado como antiácido estomacal em pequenas quantidades. Em grandes quantidades, ele é utilizado como laxante. Também pode ser usado como desodorante, pois ele torna o meio básico, diminuindo a proliferação das bactérias responsáveis pelo cheiro desagradável do suor, que se desenvolvem em meio ácido. Hidróxido de amônio: Fórmula: NH 4 OH (Observação: na verdade, essa solução não existe isolada, mas existem os íons NH 4 + e OH- em solução. Veja o próximo item.) Fontes: na realidade, o que acontece é que quando se mistura a amônia (NH 3 ) com a água (H 2 O), suas moléculas reagem formando os íons NH 4 + e OH-. Portanto, para se obter essa solução, basta borbulhar a amônia, que é um gás, em água, ocorrendo as seguintes reações: NH 3 + H 2 O → NH 3 . H 2 O → NH 4 + + OH- Já a amônia é obtida pela síntese direta conhecida como processo de Haber-Bosch: N 2 + 3 H 2 → 2 NH 3 UNIDADE 2 | FUNÇÕES INORGÂNICAS 82 3. Aplicações: Usado para produzir ácido nítrico, fertilizantes agrícolas, explosivos, amaciantes de roupas, tintas e alisantes de cabelos, desinfetantes, além de ser usado em limpeza doméstica, na produção de compostos orgânicos e em sistemas de refrigeração. FIGURA 34 - UTILIZAÇÃO NA FABRICAÇÃO DE FERTILIZANTES AGRÍCOLAS FONTE: Disponível em: <http://alunosonline.uol.com.br/quimica/bases- mais-comuns-no-cotidiano.html.>. Acesso em: 03 fev. 2016. 3 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. Exemplos: CuOH – Hidróxido Cuproso ou de Cu I Cu (OH)2 – Hidróxido Cúprico ou de Cu II TÓPICO 2 | BASES OU HIDRÓXIDOS 83 Obs.: em relação 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, 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. 84 RESUMO DO TÓPICO 2 Com este tópico você aprendeu que: • As bases ou hidróxidos são compostos que, ao se dissociarem em água, fornecem o único ânion hidroxila ou hidróxido (OH-). • As bases podem ser classificadas quanto ao número de hidroxilas: em monobases, dibases, tribases ou tetrabases. • As bases podem ser solúveis em água, pouco solúveis ou insolúveis. • As bases podem ser: fortes ou fracas. • Os indicadores ácido-base são usados para identificar o pH ácido ou básico de uma solução. 85 AUTOATIVIDADE 1 Dê a nomenclatura para as seguintes bases: a) Ca(OH)2 : b) Fe(HO)3 : 2 Monte as fórmulas moleculares das bases a seguir: a) Hidróxido de alumínio: b) Hidróxido de rubídio: 3 Usando os cátions a seguir, monte as fórmulas moleculares e nomeie as respectivas bases: a) Au+ : b) Sn4+ : 86 87 TÓPICO 3 SAIS UNIDADE 2 1 INTRODUÇÃO Caro acadêmico, 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. Os sais são higroscópicos, ou seja, absorvem a umidade do ambiente. Por esse motivo, devem ser guardados em recipientes fechados, caso contrário eles se encontrarão “molhados”. 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 às cargas do cátion e do ânion. Exemplos: Na+1 + Cl-1 NaCl Ca2+ + (NO3) -1 Ca(NO3)2 Ca2+ + (PO4) -3 Ca3(PO4)2 DICAS 88 UNIDADE 2 | FUNÇÕES INORGÂNICAS 3 REAÇÕES 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 podem ser: neutralização total ou neutralização parcial. ÁCIDO + BASE SAL + ÁGUA 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 tem-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 hidróxissal, nesses casos temos reações de neutralização parcial. Veja na figura abaixo 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. FIGURA 35 - REAÇÃO DE NEUTRALIZAÇÃO DO HCL E NAOH GERANDO O NACL E H 2 O FONTE: Disponível em: <https://upload.wikimedia.org/ math/7/1/2/7121b5f34cfd59df566c8989a36c72dc.png.>. Acesso em: 1 fev. 2016. Outros exemplos: Nas duas reações a seguir temos exemplos de reações de neutralização parcial. Há formação de um sal ácido ou hidrogenossal, e de um sal básico ou hidróxissal. TÓPICO 3 | SAIS 89 FIGURA 36 - REAÇÕES DE NEUTRALIZAÇÕES PARCIAIS FONTE: Disponível em: <http://image.slidesharecdn.com/acidosbasessais- 130130105340-phpapp02/95/acidos-bases-sais-29-638.jpg?cb=1359543284.>. Acesso em: 1 fev. 2016. 4 NOMENCLATURA DOS SAIS Para realizarmos a nomenclatura dos sais normais ou neutros devemos utilizar a seguinte regra: Nome do ânion + Nome do cátion Exemplos: KCl – Cloreto de potássio CaNO3 – Nitrato de cálcio Na3PO4 – Fosfato de sódio Obs.: Caso o cátion tenha carga (nox) variável, usa-se sufixo (terminação) icopara 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. Exemplos: CuCl - Cloreto cuproso ou de Cu I CuCl2 - Cloreto cúprico ou de Cu II • Nomenclatura dos sais ácidos (hidrogenossais) 90 UNIDADE 2 | FUNÇÕES INORGÂNICAS 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. Exemplo: NaH2PO4 - Ortofosfato diácido de sódio ou Di-hidrogeno-ortofosfato de sódio Obs.: 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 (hidróxissais) Para realizar a nomenclatura dos sais básicos (hidróxissais) 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. Obs.: o prefixo “mono” foi utilizado para indicar a quantidade de hidroxilas na fórmula molecular do sal, que nesse caso é apenas uma. 5 PROPRIEDADES FÍSICO-QUÍMICAS 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 também podem ser classificados em solúveis ou insolúveis em água, conforme sua composição molecular. Veja no quadro a solubilidade dos sais em água, formados pelos cátions e ânions citados abaixo: QUADRO 14 - SOLUBILIDADE DOS SAIS EM H 2 O 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 TÓPICO 3 | SAIS 91 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 e amônio Cátions Solúveis Sulfetos (S2-) Metais alcalinos, alcalinos-terrosos e amônio Hidróxidos (OH-) Metais alcalinos, alcalinos-terrosos e amônio Carbonatos (CO3 2-) Metais alcalinos e amônio Fosfatos (PO4 3-) Metais alcalinos e amônio Sais não citados Metais alcalinos e amônio 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. Exemplo: CuSO4. 5 H2O - Sulfato Cúprico ou de cobre II penta-hidratado Obs.: 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. Obs.: Neste caso temos um sal duplo ou misto quanto aos cátions, o sódio e o potássio. CaBrCl = Cloreto brometo de cálcio. Obs.: Neste caso temos um sal duplo ou misto quanto aos ânions, o cloreto e o brometo. 92 UNIDADE 2 | FUNÇÕES INORGÂNICAS Obs.: Neste caso temos um sal duplo ou misto quanto aos ânions, o cloreto e o brometo. Você sabia que os sais minerais são elementos químicos únicos que estão envolvidos em vários processos do organismo? Se você tem uma dieta variada, deverá obter todos os sais minerais que precisa. Diferentemente das vitaminas, os sais minerais não se deterioram durante o armazenamento ou preparo, portanto sua deficiência é rara, exceto em indivíduos com alimentação intravenosa ou certas doenças. Uma exceção é a deficiência de ferro, que normalmente é resultado de perda de sangue ou pode se desenvolver em vegetarianos estritos. Seu corpo é capaz de se adaptar para utilizar o máximo de seus suprimentos de sais minerais, por exemplo, a absorção de ferro aumenta se sua dieta for pobre em ferro. Este é o motivo pelo qual tomar suplementos de sais minerais pode causar problemas: ao sobrecarregar o corpo com um mineral pode-se diminuir a absorção de outro que é absorvido no seu corpo pela mesma rota. O sódio, potássio e cromo também são referidos, em solução, como eletrólitos. Eles são amplamente distribuídos pelo corpo e têm muitas funções, incluindo a de manter seus nervos trabalhando adequadamente. As deficiências e altos níveis destes químicos são usualmente causados por problemas no metabolismo da pessoa - por exemplo, certas doenças ou a desidratação causada por excesso de vômito. Os eletrólitos estão prontos em alimentos animais e vegetais. Outros sais minerais e marcadores utilizados pelo seu corpo incluem alumínio, antimônio, boro, bromo, cádmio, lítio, níquel, enxofre e estrôncio. Eles estão imediatamente disponíveis em sua dieta e são necessários apenas em pequenas quantidades. FONTE: Disponível em: <http://vitaminasesaisminerais.webnode.com.br/vitaminas-e-sais- minerais/>. Acesso em: 2 fev. 2016. DICAS 93 RESUMO DO TÓPICO 3 Este tópico permitiu a você aprender 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 (hiróxissais) e sais duplos. • 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 (hidróxissal). • Os sais ácidos (hidrogenossais) ou básicos (hidróxissais) recebem nomenclatura específica. • Os sais duplos podem ser classificados em: duplo pelo cátion ou duplo pelo ânion. 94 1 Dê a nomenclatura aos seguintes sais: a) Na2CO3: b) LiCl: 2 Escreva as estruturas dos seguintes sais: a) Iodeto de potássio: b) Nitrato de cálcio: 3 Monte as reações de neutralização abaixo: a) LiOH + H2SO4 → b) Ba(OH)2 + HCℓ → 4 Monte a fórmula molecular dos respectivos sais formados: a) Cu2+ e BO3 3-: b) Pb4+ e Cl-: AUTOATIVIDADE 95 TÓPICO 4 ÓXIDOS UNIDADE 2 1 INTRODUÇÃO 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 e etc. A composição de muitos materiais também apresenta 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 dafórmula molecular de qualquer função inorgânica, como vimos nos capítulos 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 Na+1 O-2 Na2O Quando os valores das cargas (nox) dos dois elementos forem iguais e de sinais opostos, elas se anulam. Exemplos: Ca+2 O-2 CaO Ba+2 O-2 BaO 96 UNIDADE 2 | FUNÇÕES INORGÂNICAS 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, o que também é chamado de atomicidade. Observe os exemplos abaixo: 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. 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. TÓPICO 4 | ÓXIDOS 97 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 Caro acadêmico, veja no quadro abaixo algumas curiosidades para complementar seu conhecimento sobre os óxidos. QUADRO 15 - INFORMAÇÕES E APLICAÇÕES DE ALGUNS ÓXIDOS Peróxidos: na indústria são usados como clarificadores (alvejantes) de tecidos, polpa de celulose, etc. Para essas utilizações sua concentração é superior a 30% de peróxido de hidrogênio. A solução aquosa com concentração de 3% de peróxido de hidrogênio, popularmente conhecida como água oxigenada, é usada como antisséptico e algumas pessoas a utilizam para a descoloração de pelos e cabelos. Dióxido de silício: é o óxido mais abundante da crosta terrestre, ele é um dos componentes dos cristais, das rochas e da areia. Óxido de Cálcio (CaO): obtido a partir da decomposição do calcário, é usado na agricultura para diminuir a acidez do solo e também na preparação de argamassa na construção civil. Óxido Nitroso (N2O): conhecido como gás hilariante, esse óxido inalado em pequena quantidade provoca euforia, mas pode causar sérios problemas de saúde; é utilizado como anestésico. Dióxido de Enxofre (SO2): é usado para a obtenção de ácido sulfúrico e no branqueamento de óleos alimentícios, entre outras aplicações. É um dos principais poluentes atmosféricos; em dias úmidos, combina-se com o vapor de água da atmosfera e origina a chamada chuva ácida. DICAS 98 UNIDADE 2 | FUNÇÕES INORGÂNICAS Monóxido de Carbono (CO): usado para obter certos produtos químicos e na metalurgia do aço. É normalmente o principal poluente da atmosfera das zonas urbanas; inalado combina com a hemoglobina das hemácias do sangue, neutralizando-as para o transporte de gás oxigênio no organismo. FONTE: Disponível em: <http://www.sobiologia.com.br/conteudos/Oitava_quimica/ funcaoquimica7.php>. Acesso em: 02 fev.2016. 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 abaixo. Óxido + nome do elemento (quando este apresentar carga (nox) fixa) Exemplos: CaO – Óxido de cálcio Li2O – Óxido de lítio 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 abaixo: Exemplos: 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 TÓPICO 4 | ÓXIDOS 99 Caro acadêmico, 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 • Semimetais de arsênio e antimônio, conforme os exemplos abaixo, 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 nitroso) e NO (monóxido nítrico). NOTA 100 UNIDADE 2 | FUNÇÕES INORGÂNICAS 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). 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. Exemplos: 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: Na2O2 , K2O2 (peróxido de potássio) etc. - Peróxidos dos metais alcalinos terrosos: BaO2 (peróxido de bário). O H2O2 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 cargasda molécula, como estudamos em unidades anteriores. TÓPICO 4 | ÓXIDOS 101 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. Caro acadêmico, repare que nos produtos das reações anteriormente representadas há a ocorrência de setas para cima, e isso indica a liberação de gás, que neste caso é o gás de oxigênio (O2). Prezado acadêmico, para facilitar o entendimento de como nomear os ácidos, bases, sais e óxidos, é fundamental que você saiba quais são os principais cátions e ânions. Você encontrará estas informações na tabela anexa desse caderno de estudos (tabela de cátions e ânions). Caro acadêmico, segue uma reação química muito interessante, envolvendo um superóxido, que pode ser realizada em laboratório industrial. Boa leitura! NOTA IMPORTANT E 102 UNIDADE 2 | FUNÇÕES INORGÂNICAS LEITURA COMPLEMENTAR Produção de oxigênio a partir de água e superóxido de potássio Superóxido de potássio, KO2, é utilizado em equipamentos de respiração em sistemas fechados para remover o dióxido de carbono e a água do ar exalado. A remoção de água gera oxigênio para a respiração pela reação: O hidróxido de potássio remove o dióxido de carbono do equipamento pela reação: A massa de superóxido de potássio necessária para gerar 20 g de O2‚ será: (indique o inteiro mais próximo) Dados - Pesos Moleculares K (Potássio) = 39 g/mol H (Hidrogênio) = 1 g/mol O (Oxigênio) = 16 g/mol Resolução Por fim, vamos calcular a massa de KO2 necessária para produzir os 20g de O2, como representado a seguir. TÓPICO 4 | ÓXIDOS 103 Portanto, são necessárias 59g de KO2 para produzir os 20g de O2. FONTE: Disponível em: <http://www.quimicalegal.com/producao-de-oxigenio-a-partir-de-agua-e- superoxido-de-potassio/>. Acesso em: 2 fev.2016. 104 RESUMO DO TÓPICO 4 Este tópico permitiu a você aprender que: • A química inorgânica é a parte da química que estuda os compostos do reino mineral, ou seja, não são constituídos por compostos do carbono, salvo algumas exceções. • Função química é o conjunto dos compostos que apresentam propriedades químicas semelhantes. • Os ácidos, as bases ou hidróxidos, os sais e os óxidos são as funções da química inorgânica. • 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. 105 1 Realize a nomenclatura dos óxidos a seguir: a) Li2O: b) Ag2O : c) PbO: 2 Monte as fórmulas moleculares para os seguintes óxidos: a) óxido plúmbico: b) óxido auroso: 3 Relacione a primeira coluna de acordo com a segunda: (1) sal ( ) Al2O3 (2) base ( ) H3PO4 (3) óxido ( ) K2SO4 (4) ácido ( ) NH3OH 4 Indique a função química a que pertence cada uma dessas substâncias: a) Hidróxido de potássio: b) Monóxido de cálcio: AUTOATIVIDADE
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