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UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DO RIO DE JANEIRO Instituto de Ciências Exatas – Departamento de Química Disciplina: Química Geral (IC348) – 1º Semestre de 2018 Prof. Gustavo Bezerra da Silva 1 FUNÇÕES INORGÂNICAS: Formulação e Nomenclatura (Revisão) 1. ÁCIDOS E BASES Os ácidos podem ser classificados como compostos moleculares que liberam íons hidrogênio (H+), quando dissolvidos em água. Os ácidos são compostos de hidrogênio, que normalmente é escrito em primeiro lugar em sua fórmula, e um ou mais não metais, escritos em segundo lugar. Por exemplo, o HCl é um composto molecular que, quando dissolvido em água, forma íons H+(aq) e Cl−(aq). Segundo Arrhenius, ácidos são espécies que em solução aquosa liberam íons H+. As moléculas de ácido poder ser ionizadas, produzindo diferentes números de íons H3O+, como HCl e HNO3 que são ácidos monopróticos; H2SO4 e H2S que são ácidos dipróticos e H3PO4 que é um ácido triprótico. Ex.: HCl(g) + H2O(l) H3O+(aq) + Cl-(aq) (ácido monoprótico) H2SO4(g) + 2 H2O(l) 2 H3O+(aq) + SO42-(aq) (ácido diprótico) H3PO4(g) + 3 H2O(l) 3 H3O+(aq) + PO43-(aq) (ácido triprótico) Os ácidos são caracterizados por seu gosto amargo e sua capacidade de dissolver muitos metais. Por exemplo, o ácido clorídrico está presente nos fluidos estomacais, e seu sabor amargo se torna dolorosamente óbvio quando vomitamos. O ácido clorídrico também dissolve alguns metais. Por exemplo, se você coloca uma tira de zinco em um tubo de ensaio com ácido clorídrico, o zinco se dissolve lentamente à medida que os íons H+(aq) convertem o metal zinco em cátions Zn2+(aq). Por sua vez, bases são espécies que em solução aquosa liberam íons OH-. As moléculas de base podem ser ionizadas, produzindo diferentes números de íons OH-. Ex.: NaOH(s) Na+(aq) + OH-(aq) Mg(OH)2(s) Mg2+(aq) + 2 OH-(aq) Al(OH)3(s) 3 H3O+(aq) + PO43-(aq) H2O H2O H2O H2O H2O H2O UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DO RIO DE JANEIRO Instituto de Ciências Exatas – Departamento de Química Disciplina: Química Geral (IC348) – 1º Semestre de 2018 Prof. Gustavo Bezerra da Silva 2 Ácidos e bases que são eletrólitos fortes (completamente ionizados em solução) são chamados de ácidos fortes (p. ex.: HCl, HBr, HI, HClO3, HClO4, HNO3, H2SO4) e bases fortes (p. ex.: hidróxidos de metais do grupo 1, Ca(OH)2, Sr(OH)2 e Ba(OH)2). Já os que são eletrólitos fracos (parcialmente ionizados) são chamados de ácidos fracos e bases fracas. 1.2. Definição de Bronsted-Lowry Uma das limitações do conceito de Arrhenius é que se limita a soluções aquosas. Por sua vez, o conceito de Bronsted-Lowry envolve a transferência de íons H+ de uma substância para outra. HCl(g) + H2O(l) H3O+(aq) + Cl-(aq) ácido base Por definição, um ácido de Bronsted-Lowry é uma espécie doadora de prótons (H+) enquanto que uma base de Bronsted-Lowry é uma espécie aceptora de prótons. HCl(g) + NH3(g) NH4+(aq) + Cl-(aq) ácido base H2O(l) + NH3(g) NH4+(aq) + OH-(aq) ácido base Espécies que são capazes de agir como ácidos e bases são chamadas de anfóteras como, por exemplo, a água. Para reações reversíveis é comum representar e identificar os pares conjugados. Isso ocorre, porque na reação direta uma espécie que seja ácido, na inversa será base e vice-versa. H2O H2O H2O UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DO RIO DE JANEIRO Instituto de Ciências Exatas – Departamento de Química Disciplina: Química Geral (IC348) – 1º Semestre de 2018 Prof. Gustavo Bezerra da Silva 3 HNO2(aq) + H2O(l) NO2-(aq) + H3O+(aq) ácido base base ácido conjugado conjugada Quanto mais forte o ácido, mais fraca é a sua base conjugada. Por sua vez, quanto mais forte a base, mais fraco é o seu ácido conjugado. Ex: HCl(g) + H2O(l) H3O+(aq) + Cl-(aq) A água é uma base mais forte que o cloreto (Cl-) CH3COOH(aq) + H2O(l) CH3COO-(aq) + H3O+(aq) 1.2. Definição de Lewis Segundo Lewis, um ácido é uma espécie receptora de pares de elétrons e uma base é uma espécie doadora de pares de elétrons. BF3(g) + NH3(g) H3N-BF3 A definição de Lewis amplia o número de espécies que podem ser consideradas ácidos, além do íon H+. Fe3+(aq) + 6 CN-(aq) [Fe(CN)6]3-(aq) 1.4. Formulação de ácidos e bases Os ácidos possuem em sua fórmula um íon H+ que inicia a formula molecular. Os ácidos podem ser classificados em hidrácidos, quando sua fórmula molecular é composta de H+ e de um ametal; ou oxiácidos, quando possuem, além de H+ e do ametal, átomos de oxigênio (Tabela 1). H2O H2O H2O UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DO RIO DE JANEIRO Instituto de Ciências Exatas – Departamento de Química Disciplina: Química Geral (IC348) – 1º Semestre de 2018 Prof. Gustavo Bezerra da Silva 4 Tabela 1. Exemplos de hidrácidos e oxiácidos. Hidrácidos Oxiácidos HF H2SO3 HI HNO2 H2S HClO Formulação genérica: a) Hidrácidos: H + ÂNION (em geral, AMETAL) b) Oxiácido: H + ÂNION OXIGENADO (ELEMENTO + OXIGÊNIO) Já as bases possuem em sua fórmula uma hidroxila – OH- e um cátion (metal), ou seja, como formulação genérica: METAL + OH. Exs: NaOH, KOH, Ca(OH)2. 1.5. Nomenclatura de ácidos e bases 1.5.1. Ácidos A nomenclatura dos hidrácidos é dado por: ÁCIDO (nome do elemento – raiz do nome) + ÍDRICO Ex.: HCl – ametal: cloro (retira-se a última vogal e adiciona-se a terminação -ídrico) Logo: ácido CLORídrico H2S – ametal: enxofre (nome do elemento em inglês sulfur) Logo: ácido SULFídrico A nomenclatura dos oxiácidos é um pouco mais complexa e depende do número de oxidação do elemento central e da possibilidade de vários NOX para o mesmo elemento central (ametal, Tabela 2) UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DO RIO DE JANEIRO Instituto de Ciências Exatas – Departamento de Química Disciplina: Química Geral (IC348) – 1º Semestre de 2018 Prof. Gustavo Bezerra da Silva 5 Tabela 2. Prefixos e terminações para oxiácidos e oxiânions com NOX variável Nox do elemento central Prefixo Terminação em ácidos Terminação em ânions +1 ou +2 Hipo -OSO -ITO +3 ou +4 - -OSO -ITO +5 ou +6 - -ICO -ATO +7 Per -ICO -ATO Dessa forma, determina-se o NOX do elemento central e a sua nomenclatura depende do estado de oxidação: ÁCIDO (prefixo) (nome do elemento – raiz do nome) + OSO ou ICO Ex.: HNO3 Nos ácidos, H possui carga +1 e os átomos de O possuem carga -2. Dessa forma: carga da molécula = 0 = +1 + x + (-2).3 = x – 5 x = +5 (carga do átomo de N) Portanto: ácido NITRico HClO Carga da molécula = 0 = +1 + x + (-2) x = +1 (carga do átomo de O) Portanto: ácido hipoCLORoso H2SO3 Carga da molécula = 0 = +1.2 + x + (-2).3 x = 4 (carga do átomo de S) Portanto: ácido SULFORoso 2. ÓXIDOS Por definição são compostos binários formados entre metais ou ametais e o OXIGÊNIO que é o elemento mais eletronegativo. Ex.: MgO, Na2O, SO2, H2O (em todos esses casos o oxigênio possui carga -2) UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DO RIO DE JANEIRO Instituto de Ciências Exatas – Departamento de Química Disciplina: Química Geral (IC348) – 1º Semestre de 2018 Prof. Gustavo Bezerra da Silva 6 Quando compostos binários desse tipo possuem oxigênio com carga -1chamamos de PERÓXIDO (O22-) e quando possuem carga -1/2 denominamos SUPERÓXIDO (O2-). Por serem capazes de formar vários compostos com natureza distinta, os óxidos em meio aquoso podem ser classificados como óxidos ácidos, básicos, neutros ou anfóteros. a) óxido ácido – em meio aquoso é capaz de formar ácidos e reagir com bases. Em geral, ocorre com óxidos de ametais. SO2(g) + H2O(l) H2SO3(aq) CO2(g) + H2O(l) H2CO3(aq) b) óxido básico – em meio aquoso é capaz de formar bases e reagir com bases. Em geral, ocorre com óxidos de metais. Na2O(s) + H2O(l) 2NaOH(aq) MgO(s) + H2O(l) Mg(OH)2(aq) c) óxido neutro – não sofre reação em água (NO, CO e N2O) d) óxido anfótero – em meio aquoso são capazes de reagir com ácidos e bases. ZnO(s) + H2SO4(aq) ZnSO4(aq) + H2O(l) ZnO(s) + 2 NaOH(aq) Na2ZnO2(aq) + H2O(l) Nomenclatura de óxidos Os nomes dos óxidos são dados de forma bastante simples: ÓXIDO DE (nome do elemento, seja ela metal ou ametal) Porém quando o elemento permite vários estados de oxidação, prefixos (mono- , di-, tri-) são utilizados tanto no óxido quanto no nome do elemento, de acordo com o número de átomos presentes no óxido. Ex.: CO2 – Dióxido de carbono N2O – Monóxido de dinitrogênio UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DO RIO DE JANEIRO Instituto de Ciências Exatas – Departamento de Química Disciplina: Química Geral (IC348) – 1º Semestre de 2018 Prof. Gustavo Bezerra da Silva 7 Na2O – Óxido de sódio MgO – Óxido de magnésio 3. SAIS São os produtos da reação de neutralização de ácidos e bases, por exemplo. HCl(aq) + NaOH(aq) NaCl(aq) + H2O(l) Sal (cátion + ânion) H2SO4(aq) + 2 NaOH(aq) Na2SO4(aq) + 2 H2O(l) Sal (cátion + oxiânion) Nomenclatura de sais: (nome do ânion) + ETO DE (nome do cátion) (para ânions não oxigenados) (Prefixo) (nome do ânion) + ITO/ATO DE (nome do cátion) (para ânions oxigenados) Ex: KBr – cátion = potássio ânion = bromo (não oxigenado) nome: Brometo de potássio Al2S3 – cátion = alumínio ânion = enxofre (não oxigenado) nome: Sulfeto de alumínio CuCl2 – cátion = cobre(II) ânion = cloro (não oxigenado) nome: cloreto de cobre(II) ou cloreto cúprico UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DO RIO DE JANEIRO Instituto de Ciências Exatas – Departamento de Química Disciplina: Química Geral (IC348) – 1º Semestre de 2018 Prof. Gustavo Bezerra da Silva 8 Cu2Cl2 – cátion = cobre(I) ânion = cloro (não oxigenado) nome: cloreto de cobre(I) ou cloreto cuproso Quando há cátions com possibilidade de vários número de oxidação se coloca o estado de oxidação do cátion entre parênteses e usando algarismos romanos. Mg(NO3)2 – cátion = magnésio ânion oxigenado = ver tabela 2 carga do ânion = carga do N + carga do O -1 = carga do N + 3 x (-2) carga do N = -1 +6 = +5 ATO nome: nitrato de magnésio BaSO4 – cátion = bário ânion oxigenado = ver tabela 2 carga do ânion = carga do S + carga do O -2 = carga do S + 4 x (-2) carga do S = -2 + 8 = +6 ATO nome: sulfato de bário NaClO – cátion = sódio ânion oxigenado = ver tabela 2 carga do ânion = carga do Cl + carga do O -1 = carga do Cl + (-2) carga do S = -1 + 2 = +1 (HIPO) ITO nome: hipoclorito de sódio UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DO RIO DE JANEIRO Instituto de Ciências Exatas – Departamento de Química Disciplina: Química Geral (IC348) – 1º Semestre de 2018 Prof. Gustavo Bezerra da Silva 9 4. Íons e radicais mais comuns Grupo 1 (X+): Li+, Na+, K+, Rb+, Cs+ Grupo 2 (X2+): Mg2+, Ca2+, Sr2+, Ba2+ Grupo 13 (X3+): Al3+, Ga3+, In3+ Grupo 14 (X2+ ou X4+): Ge2+, Ge4+, Sn2+, Sn4+, Pb2+, Pb4+ Grupo 15 (X3- ou X3+): P3- (fosfeto), N3- (nitreto ou azida), Sb3+, Bi3+, As3+ Grupo 16 (X2-): O2-, S2-, Se2-, Te2- Grupo 17 (X-): F-, Cl-, Br-, I- Grupo 3: Sc3+ Grupo 6: Cr2+, Cr3+ Grupo 8: Fe2+, Fe3+ Grupo 9: Co2+, Co3+ Grupo 10: Pd2+, Pt2+, Pt4+ Grupo 11: Cu+, Cu2+, Ag+, Au+, Au3+ Grupo 12: Zn2+, Cd2+, Hg2+, Hg22+, Mn2+ Quando há a possibilidade de dois estados de oxidação para um mesmo metal, aquele com menor estado de oxidação recebe a terminação –OSO e aquele com maior número de oxidação recebe a terminação –ICO. Tabela 3. Principais cátions com dois estados de oxidação possíveis. Elemento Menor estado de oxidação Maior estado de oxidação Estanho (Sn) Sn2+ - estanoso Sn2+ - estânico Germânio (Ge) Ge2+ - germanoso Ge4+ - germânico Chumbo (Pb) Pb2+ - plumboso Pb4+ - plúmbico Cromo (Cr) Cr2+ - cromoso Cr3+ - crômico Cobalto (Co) Co2+ - cobaltoso Co3+ - cobáltico Mercúrio (Hg) Hg22+ - mercuroso Hg2+ - mercúrico Cobre (Cu) Cu+ - cuproso Cu2+ - cúprico Ferro (Fe) Fe2+ - ferroso Fe3+ - férrico Ouro (Au) Au+ - auroso Au3+ - áurico UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DO RIO DE JANEIRO Instituto de Ciências Exatas – Departamento de Química Disciplina: Química Geral (IC348) – 1º Semestre de 2018 Prof. Gustavo Bezerra da Silva 10 5. Íons Complexos e Radicais (poliatômicos) incomuns S2O32- = tiossulfato S4O62- = tetrationato HSO3- = hidrogenossulfito ou bissulfito HSO4- = hidrogenossulfato ou bissulfato CN- = cianeto SCN- = tiocianato CNO- (ou NCO-) = cianeto NH4+ = amônio SiO44- = silicato HPO42- = hidrogenofosfato H2PO4- = dihidrogenofosfato CH3CO2- = acetato HCO2- = formiato C2O42- = oxalato UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DO RIO DE JANEIRO Instituto de Ciências Exatas – Departamento de Química Disciplina: Química Geral (IC348) – 1º Semestre de 2018 Prof. Gustavo Bezerra da Silva 11 EXERCÍCIOS 1 – Com base nas respectivas fórmulas moleculares, forneça o nome dos compostos inorgânicos e classifique-os sem ácidos, bases, sais e óxidos. a) KBr g) BaSO4 m) NaBiO3 s) KH2PO4 b) CuO h) HNO3 n) H3BO3 t) Cr2O3 c) FeCl2 i) NH4OH o) N2O u) LiH d) NaClO4 j) Na2S2O3 p) CaC2O4 v) HBr e) KMnO4 k) CO2 q) NaHSO3 w) Al(OH)3 f) Cu(OH)2 l) NaCl r) HF x) CO 2 – Forneça a fórmula molecular dos seguintes compostos inorgânicos. a) hidróxido de magnésio k) fosfato de cálcio b) tiocianato de amônio l) hidróxido de bário c) ácido nítrico m) sulfato de níquel d) perclorato de alumínio n) cromato de zinco e) cianeto de prata o) óxido de ferro(II) f) óxido de bário p) carbonato de cálcio g) ácido permangânico q) acetato de magnésio h) sulfito de ferro(III) r) sulfeto de zinco i) ácido perclórico s) ácido iodídrico j) peróxido de sódio t) hidrogenocarbonato de magnésio UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DO RIO DE JANEIRO Instituto de Ciências Exatas – Departamento de Química Disciplina: Química Geral (IC348) – 1º Semestre de 2018 Prof. Gustavo Bezerra da Silva 12 Respostas: 1 – a) brometo de potássio – sal b) óxido de cobre(II) ou óxido cúprico – óxido c) cloreto de ferro(II) ou cloreto ferroso – sal d) perclorato de sódio – sal e) permanganato de potássio – sal f) hidróxido de cobre(II) ou hidróxido cúprico – base g) sulfato de bário – sal h) ácidonítrico – ácido i) hidróxido de amônio – base j) tiossulfato de sódio – sal k) dióxido de carbono – óxido l) cloreto de sódio – sal m) bismutato de sódio – sal n) ácido bórico – ácido o) monóxido de dinitrogênio – óxido p) oxalato de cálcio – sal q) hidrogenossulfito de sódio ou bissulfito de sódio – sal r) ácido fluorídrico – ácido s) dihidrogenofosfato de potássio – sal t) óxido de cromo(III) – óxido u) hidreto de lítio – hidreto v) ácido bromídrico – ácido w) hidróxido de alumínio – base x) monóxido de carbono – óxido 2 – a) Mg(OH)2 b) NH4SCN c) HNO3 d) Al(ClO4)3 e) AgCN f) BaO g) HMnO4 h) Fe2(SO3)3 i) HClO4 j) Na2O2 k) Ca3(PO4)2 l) Ba(OH)2 m) NiSO4 n) ZnCrO4 o) FeO p) CaCO3 q) Mg(CH3COO)2 r) ZnS s) HI t) Mg(HCO3)2
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