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( 2 )QUÍMICA INORGÂNICA Brendo Batista Elamid Sumário QUÍMICA INORGÂNICA 3 FUNÇÕES INORGÂNICAS 4 Mapa Mental: Funções inorgânicas 5 ÁCIDOS 7 BASES 10 Base é toda substância que em solução aquosa sofre dissociação iônica, liberand (Hidróxido). 10 ÓXIDOS 12 SAIS 13 REAÇÕES INORGÂNICAS 16 REAÇÕES DE NEUTRALIZAÇÃO 17 REAÇÕES DE DUPLA TROCA 19 QUÍMICA INORGÂNICA A Química Inorgânica estuda as substâncias que apresentam como origem principal o reino mineral. A Química Inorgânica foi definida pela primeira vez pelo químico sueco Torbern Olof Bergman, no ano de 1777, como sendo a parte da Química que estuda os compostos originados no reino mineral. Essa definição foi proposta juntamente à definição de Química Orgânica (química que estuda as sustâncias originadas nos seres vivos) com o objetivo de distinguir os compostos orgânicos dos inorgânicos. A definição atual de Química inorgânica é: “Ramo da Química que estuda os compostos inorgânicos, os quais não apresentam na sua constituição obrigatoriamente os elementos químicos carbono (formando encadeamentos) e hidrogênio.” Os compostos inorgânicos apresentam, em sua maioria, algumas importantes características, como o fato de serem iônicos (com exceção dos ácidos inorgânicos que são covalentes), sólidos em temperatura ambiente (com exceção dos ácidos inorgânicos que são líquidos e de alguns óxidos que são gasosos) e apresentarem metais em sua composição (com exceção da maioria dos ácidos inorgânicos). As características dos compostos inorgânicos estão relacionadas com a classe funcional à qual eles pertencem. Já a obtenção deles está associada às reações químicas necessárias para a sua formação. Por isso, o estudo da Química Inorgânica é subdivido em diversas partes: · Ácidos: substâncias inorgânicas que se ionizam em água e formam o cátion hidrônio; O ácido presente no limão é um exemplo de substância estudada pela Química Inorgânica · Bases: substâncias inorgânicas que se dissociam em água e liberam o ânion hidroxila; · Sais: substâncias inorgânicas que se dissociam em água e liberam um cátion diferente do hidrônio e um ânion diferente da hidroxila; · Óxidos: compostos binários que apresentam o elemento oxigênio como o mais eletronegativo; · Carbetos: compostos binários que apresentam o elemento carbono, associado a metais ou a semimetais, como o mais eletronegativo; · Hidretos: compostos binários que apresentam o elemento hidrogênio como o mais eletronegativo; · Reações de neutralização: reações químicas que originam sais a partir da interação entre um ácido e uma base; · Reações de dupla troca: reações químicas que produzem sal e ácido, sal e base ou dois sais, sempre a partir da interação dessas mesmas substâncias; · Reações de deslocamento: reações químicas que produzem substâncias simples e compostas a partir de outras substâncias simples e compostas; · Reações de ustulação (reações químicas que envolvem a combustão de sulfetos) Os textos que estão dispostos mais abaixo abordam com mais detalhes as características das mais diversas substâncias inorgânicas e também as reações químicas que envolvem as suas formas de obtenção. Por Me. Diogo Lopes Dias As substâncias inorgânicas são o foco de estudo da Química Inorgânica FUNÇÕES INORGÂNICAS Para facilitar o estudo dos compostos inorgânicos, foram criadas as funções inorgânicas, ou seja, grupos de famílias de compostos com características e propriedades semelhantes. Imagine-se chegando a um supermercado em que todos os itens das prateleiras estivessem sem nenhuma organização: massas misturadas com bebidas, produtos de limpeza e higiene, carnes, verduras e assim por diante. Com certeza você demoraria horas e horas para encontrar o produto desejado. Essa situação ajuda-nos a entender como a organização em grupos com características semelhantes é importante e facilita a vida das pessoas. Na Química, ocorre o mesmo. Com o passar do tempo e com a descoberta de milhares de substâncias inorgânicas, os cientistas começaram a observar que alguns desses compostos poderiam ser agrupados em famílias com propriedades semelhantes: as funções inorgânicas. Mapa Mental: Funções inorgânicas Na Química Inorgânica, as quatro funções principais são: ácidos, bases, sais e óxidos. As primeiras três funções são definidas segundo o conceito de Arrhenius. Vejamos quais são os compostos que constituem cada grupo: → Ácidos: São compostos covalentes que reagem com água (sofrem ionização) e formam soluções que apresentam como único cátion o hidrônio (H3O1+) ou, conforme o conceito original e que permanece até hoje para fins didáticos, o cátion H1+. a) Equações de ionização de ácidos H2SO4 → H3O1+ + HSO41- ou H2SO4 → H1+ + HSO4- HCl → H3O1+ + Cl1- ou HCl → H1+ + Cl1- b) Ácidos principais: · Ácido Sulfúrico (H2SO4) · Ácido Fluorídrico (HF) · Ácido Clorídrico (HCl) · Ácido Cianídrico (HCN) · Ácido Carbônico (H2CO3) · Ácido fosfórico (H3PO4) · Ácido Acético (H3CCOOH) · Ácido Nítrico (HNO3) → Bases São compostos capazes de dissociar-se na água, liberando íons, mesmo em pequena porcentagem, e o único ânion liberado é o hidróxido (OH1-). a) Equações de dissociação de bases NaOH(s) → Na1+ + OH1- Ca(OH)2 → Ca2+ + 2 OH1- b) Exemplos de bases · Hidróxido de sódio (NaOH) · Hidróxido de cálcio (Ca(OH)2) · Hidróxido de magnésio(Mg(OH)2) · Hidróxido de amônio (NH4OH) → Sais São compostos capazes de se dissociar na água, liberando íons, mesmo em pequena porcentagem, dos quais pelo menos um cátion é diferente de H3O1+ e pelo menos um ânion é diferente de OH1-. a) Equações de dissociação de sais Veja alguns exemplos de equações de dissociação de sais após serem adicionados à água. NaCl → Na1+ + Cl1- Ca(NO3)2 → Ca2+ + 2 NO31- (NH4)3PO4 → 3 NH4+1 + PO43- b) Exemplos de sais Alguns exemplos de sais importantes para o ser humano de forma direta ou indireta: · Cloreto de Sódio (NaCl) · Fluoreto de sódio (NaF) · Nitrito de sódio (NaNO3) · Nitrato de amônio (NH4NO3) · Carbonato de sódio (Na2CO3) · Bicarbonato de sódio (NaHCO3) · Carbonato de cálcio (CaCO3) · Sulfato de cálcio (CaSO4) · Sulfato de magnésio (MgSO4) · Fosfato de cálcio [Ca3(PO4)2] · Hipoclorito de sódio (NaClO) → Óxidos São compostos binários (formados por apenas dois elementos químicos), e o oxigênio é o elemento mais eletronegativo. a) Fórmulas de óxidos Exemplos: CO2, SO2, SO3, P2O5, Cl2O6, NO2, N2O4, Na2O etc. b) Principais óxidos: · Óxidos básicos: apresentam caráter básico (Óxido de cálcio – CaO); · Óxidos ácidos: apresentam caráter ácido (Dióxido de carbono - CO2); · Óxidos anfóteros: apresentam caráter ácido e básico (Óxido de alumínio - Al2O3). ÁCIDOS Ácido acético, ácido tartárico e ácido cítrico são exemplos de ácidos orgânicos. Ácido nítrico e ácido fluorídrico são exemplos de ácidos inorgânicos. Svante Arrehenius foi um químico sueco que, em 1887, realizou inúmeras experiências com substâncias diluídas em água e observou que: - Quando em solução aquosa, os ácidos se ionizam, isto é, dão origem a íons, produzindo como cátion H+. - Em solução aquosa, os ácidos conduzem eletricidade. Isso ocorre porque os ácidos se desdobram em íons. - Os ácidos têm sabor azedo. O limão, o vinagre, o tamarindo contêm ácidos; é por isso que eles são azedos. - Os ácidos alteram a cor de certas substâncias chamadas indicadores. Os indicadores têm a propriedade de mudar a cor conforme o caráter ácido ou básico das soluções. O tornassol e a fenolftaleína são indicadores de ácidos e bases. A solução de fenolftaleína vermelha fica incolor em presença de um ácido. Já o papel de tornassol azul fica vermelho. - Os ácidos reagem com as bases, formando sais e água. Essa reação se chama reação de neutralização. Resumindo, a definição de Arrehenius ficaria assim: ácido é toda substância que se ioniza em presença de água e origina, como um dos íons, o cátion H+. Veja os exemplos de ácidos orgânicos (que fazem parte de nossa alimentação), e onde podem ser encontrados: Ácido acético = vinagre. Ácido tartárico = uva. Ácido málico = maçã. Ácido cítrico = laranja, acerola, limão. Ácidofosfórico = usado na fabricação de refrigerantes à base de cola. Ácido carbônico = sob a forma de gás carbônico, é um dos constituintes das águas minerais gaseificadas e dos refrigerantes. Existe uma classe de ácidos muito perigosos, que se forem ingeridos podem levar o indivíduo à morte, são os chamados ácidos inorgânicos. Exemplos: Ácido Clorídrico (HCl)--> O HCl impuro é comercializado com o nome de ácido muriático e é utilizado principalmente na limpeza de pisos ou de superfícies metálicas antes da soldagem. O HCl é um componente do suco gástrico, conferindo a ele um pH adequado para a ação das enzimas digestivas gástricas. Ácido Fluorídrico (HF) --> O HF tem a propriedade de corroer o vidro; por isso, é usado para fazer gravações em vidros e cristais. Ácido Sulfúrico (H2SO4) --> É utilizado nas baterias de automóvel, na fabricação de corantes, tintas, explosivos e papel; é também usado na indústria de fertilizantes agrícolas, permitindo a fabricação de produtos como o sulfato de amônio. Ácido Nítrico (HNO3) --> É usado na fabricação de explosivos como o trinitrotolueno (TNT) e a nitroglicerina (dinamite); é muito útil para a indústria de fertilizantes agrícolas, permitindo a obtenção do salitre. É usado também na identificação de amostras de ouro. Ácido Cianídrico (HCN) --> Ácido utilizado em indústrias diversas, como nas de plásticos, acrílicos e corantes, entre outras. Mas ele tem também um destino sinistro: nos Estados Unidos, é usado nas "câmaras de gás" para executar pessoas condenadas à morte, este ácido libera um gás extremamente tóxico. Por Líria Alves Graduada em Química O vinagre, ácido acético, é um exemplo de ácido orgânico. Judeus foram mortos em câmeras de gás contendo ácido cianídrico BASES Base é toda substância que em solução aquosa sofre dissociação iônica, liberando o ânion OH- (Hidróxido). A dissociação iônica está relacionada ao comportamento das bases em presença de água. Exemplo: a soda cáustica (NaOH) é uma substância sólida que em contato com a água libera os íons Na+ e OH- que se dissolvem devido à atração pelos polos negativos e positivos da molécula de H2O. Sendo assim, bases são substâncias compostas pela combinação de um cátion (geralmente de um metal) com o ânion OH-. Uma das características das bases é seu sabor adstringente, que “amarra” a boca, ou seja, diminui a salivação. Da mesma forma que os ácidos, as bases também conduzem corrente elétrica quando dissolvidas em água. Os indicadores fenolftaleína (solução) e papel de tornassol também mudam de cor em presença de hidróxidos. A fenolftaleína incolor torna-se vermelha; papel de tornassol vermelho fica azul: reações inversas às que verificamos no caso dos ácidos. Vejamos as principais bases: Hidróxido de Sódio (NaOH): Conhecida também como soda cáustica, essa substância é utilizada na fabricação do sabão, celofane, detergentes e raiom, produtos para desentupir pias e ralos, e também no processo de extração de celulose nas indústrias de papel, etc. Hidróxido de Magnésio (Mg(OH)2): Está presente na solução que é comercializada com o nome de “leite de magnésia”, produto utilizado como laxante e antiácido estomacal. Hidróxido de Cálcio (Ca (OH)2): Conhecida como cal hidratada ou cal extinta, essa substância é usada na construção civil: na preparação de argamassa (areia + cal) e na caiação (pintura a cal); as indústrias açucareiras utilizavam o hidróxido de cálcio na purificação do açúcar comum. Hidróxido de Amônio (NH4OH): Essa substância é obtida em solução aquosa do gás de amônia e comercializada como amoníaco. É usado na fabricação de produtos de limpeza doméstica, na revelação de filmes fotográficos, em detergentes, na indústria têxtil, etc. Hidróxido de Potássio (KOH): Conhecida como potassa cáustica, é usada para alvejamento, na fabricação de sabões moles e no processamento de certos alimentos. O sabonete é feito através da base NaOH. ÓXIDOS Óxidos são substâncias que possuem oxigênio ligado a outro elemento químico, eles são compostos binários, isto é, são substâncias formadas pela combinação de dois elementos. Um desses elementos é sempre o oxigênio (O). Classificação dos Óxidos Os óxidos podem ser classificados em três diferentes grupos: ácidos, básicos ou peróxidos. Óxidos ácidos: também chamados de anidridos, eles se formam a partir da reação com água originando ácidos. Exemplo: o ácido sulfúrico (H2SO4) se forma a partir do trióxido de enxofre (SO3) em presença de água (H2O). Óxidos básicos: nesse caso a reação é com bases levando à formação de sal e água. Exemplo: o hidróxido de cálcio (Ca (OH)2) provém da reação do óxido de cálcio (CaO) com a água. Peróxidos: esses óxidos possuem dois oxigênios ligados entre si. Exemplo: (O-O)2-. Principais Óxidos e suas utilizações: 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. 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. Mosaico feito com argamassa que provém do óxido de cálcio. SAIS Os sais possuem algumas características comuns, entre elas, a condução de corrente elétrica quando estão em solução e sabor salgado. Os sais são compostos iônicos, têm sabor salgado e são sólidos. Características dos sais: 1 - Conduzem corrente elétrica quando estão em solução. 2 - Os sais têm sabor salgado. 3 - Os sais reagem com ácidos, com hidróxidos, com outros sais e com metais. 4 - Ao reagir com um ácido, dão origem a outro sal e a outro ácido, se o ácido formado for mais volátil que o empregado na reação. 5 - Quando reagem com hidróxido, dão origem a outro sal e a outro hidróxido, se o hidróxido formado for menos solúvel que o empregado na reação. 6 - Se reagem com outros sais, dão origem a dois novos sais se um deles for menos solúvel que os reagentes. 7 - E, por fim, quando reagem com um metal, dão origem a um novo sal e um novo metal, se o metal reagente for mais reativo que o metal deslocado na reação. Principais sais e suas utilizações: Bicarbonato de Sódio (NaHCO3) --> É usado em medicamentos que atuam como antiácidos estomacais. É também empregado como fermento na fabricação de pães, bolos, etc., uma vez que libera gás carbônico aquecido, que permite o crescimento da massa. É, ainda, usado para fabricar extintores de incêndio de espuma. Carbonato de Cálcio (CaCO3) --> Componente do mármore, é usado na confecção de pisos, pias, etc. O carbonato de cálcio (calcário) é também empregado na fabricação do vidro comum e do cimento. Sulfato de Cálcio (CaSO4) --> É um sal usado na fabricação do giz e do gesso de porcelana. Cloreto de Sódio (NaCl) --> Esse sal é intensamente usado na alimentação e também na conservação de certos alimentos; além disso, é um dos componentes do soro caseiro, usado no combateà desidratação. No sal de cozinha, além do cloreto de sódio existe uma pequena quantidade de iodeto de sódio (Nal) e de potássio (Kl). Isso previne o organismo contra o bócio ou "papo", doença que se caracteriza por um crescimento exagerado da glândula tireoide, quando a alimentação é deficiente em sais de iodo. Fluoreto de Sódio (NaF) --> É um sal usado na fluoretação da água potável e como produto anticárie, na confecção de pasta de dente. Nitrato de Sódio (NaNO 3) --> Conhecido como salitre do Chile, esse sal é um dos adubos (fertilizantes) nitrogenados mais comuns. Por Líria Alves Graduada em Química O sal iodeto de sódio previne o “bócio” REAÇÕES INORGÂNICAS As reações inorgânicas são transformações da matéria onde ocorrem mudanças na composição química, resultando em um ou mais produtos. Veja os tipos de reações que podem ocorrer: Metais com a água Metais alcalino e alcalino-terrosos (Ca, Ba, Sr, Ra) fazem reação branda com a água à temperatura ambiente. 2 Na (s) + 2 HOH (l) → 2 NaOH (aq) + H2 (g) Os produtos da reação do metal alcalino Sódio (Na) com água são: hidróxido de sódio (NaOH) e gás hidrogênio (H2). Análise ou decomposição Reação onde uma única substância composta origina dois ou mais produtos. 2 H2O → 2 H2 + O2 É possível obter hidrogênio e oxigênio através da decomposição da água. Síntese ou adição Reação onde duas substâncias originam um único composto. 2 Mg +O → 2 MgO Repare que a junção dos dois elementos, magnésio (Mg) e oxigênio (O), deu origem a apenas um produto: MgO (óxido de magnésio). Deslocamento Também chamada de reação de simples troca ou substituição, onde uma substância simples reage com uma substância composta originando uma substância simples e uma substância composta. Cl2 + 2 NaBr →2 NaCl + Br2 Cloro (Cl) - substância simples - se une ao Brometo de sódio (NaBr) – substância composta. Reação de Dupla Troca Também conhecida como reação de metátese, é a reação onde duas substâncias compostas se misturam formando duas novas substâncias. H2SO4 + BaCl2 → BaSO4↓ + 2HCl Ácido sulfúrico (H2SO4) e Cloreto de bário (BaCl2): substâncias compostas que se unem para formar o precipitado sulfato de bário (BaSO4↓) e ácido clorídrico (HCl). REAÇÕES DE NEUTRALIZAÇÃO As reações de neutralização ocorrem quando juntamos um ácido e uma base, em que um irá neutralizar as propriedades do outro, formando sal e água como produtos. As reações de neutralização ocorrem quando misturamos um ácido e uma base, de modo que o pH do meio é neutralizado e se produz água e um sal. O ácido libera no meio cátions H+ que se unem aos ânions OH- liberados pelabase e, com isso, formam-se as moléculas de água. O sal é formado pela união do ânion do ácido com o cátion da base. Genericamente, temos: HA + BOH → H2O + BA ÁCIDO BASE ÁGUA SAL Para entender como o meio é neutralizado, pense, por exemplo, num copo contendo ácido nítrico, que possui pH aproximadamente igual a 2,0. Digamos que gradativamente vamos adicionando leite de magnésia ao ácido. O leite de magnésia é uma solução da base hidróxido de magnésio, que possui pH aproximado a 10,0. Quanto maior o pH de uma solução, mais básica ela será, e vice-versa. Com o tempo, o pH do ácido nítrico irá aumentar, o que quer dizer que ele está sendo neutralizado pelo leite de magnésia. Chegará um ponto em que o pH do meio atingirá o valor igual a 7,0, que é o pH da água. Dizemos, então, que o meio está neutro. Essa é uma reação de neutralização total, que pode ser expressa pela seguinte equação química: 2 HNO3 + Mg(OH)2 → 2 H2O + Mg(NO3)2 ÁCIDO BASE ÁGUA SAL NEUTRO Uma reação de neutralização total ocorre quando a quantidade de íons H+ liberados pelo ácido é igual à quantidade de íons OH- liberados pela base.No caso do exemplo acima, foram liberados dois H+ e dois OH-. No entanto, podem ocorrer reações de neutralização parciais, ou seja, em que a quantidade de íons H+ e OH- liberados pelo ácido e pela base, respectivamente, é diferente. A neutralização parcial pode se dar de duas formas: 1. Com formação de um sal com caráter ácido: Veja um exemplo: Enquanto cada fórmula do ácido fosfórico libera três H+, cada molécula da base hidróxido de sódio libera apenas um OH-. Desse modo, nem todos os hidrogênios ionizáveis do ácido são neutralizados pelas hidroxilas da base. O resultado é a formação de um sal ácido, também chamado de hidrogenossal: H3PO4 + NaOH → H2O + NaH2PO4 ÁCIDO BASE ÁGUA SAL ÁCIDO 2. Com formação de um sal com caráter básico: Aqui ocorre o contrário do caso anterior, pois a base libera mais hidroxilas do que o ácido libera hidrogênios ionizáveis. Desse modo, o sal produzido será um sal básico ou hidroxissal. Exemplo: O ácido clorídrico libera apenas um cátion H+, já o hidróxido de magnésio libera dois OH-. Desse modo, ficará uma hidroxila ainda sem ser neutralizada: HCl + Mg(OH)2 → H2O + Mg(OH)Cl ÁCIDO BASE ÁGUA SAL BÁSICO É exatamente essa a reação que ocorre em nosso estômago quando estamos com azia e tomamos um antiácido. O principal componente do suco gástrico é o ácido clorídrico (HCl), alguns fatores como alimentação, tensão nervosa e doenças podem aumentar a quantidade de HCl no nosso estômago, dando aquela sensação de queimação. Para neutralizar esse meio ácido, antiácidos estomacais, como o leite de magnésia (Mg(OH)2), podem ser tomados sob orientação médica. Desse modo, o excesso de acidez do estômago será neutralizado. As reações de neutralização total fazem com que o pH do meio fique igual a 7,0 (neutro) REAÇÕES DE DUPLA TROCA Reações de dupla troca ocorrem entre dois reagentes compostos originando dois produtos compostos, veja a equação que representa: AB + CD → AD + BC Para que esta reação aconteça é necessário que um dos produtos (AD ou BC), quando comparado aos reagentes, se apresente menos ionizado, mais volátil ou insolúvel. 1. Produto menos ionizado: é o produto menos dissociado, ou seja, mais fraco. A Neutralização é um exemplo de reação que dá origem a esse tipo de produto: HCl(aq) + NaOH(aq) → NaCl(aq) + H2O(l) A reação entre o Ácido clorídrico (HCl) e a base Hidróxido de sódio (NaOH) é considerada dupla troca porque o produto H2O é menos ionizado (+ fraco) que os reagentes (HCl e NaOH). 2. Produto mais volátil: a reação se caracteriza pela formação de um gás. Um exemplo deste tipo de reação é a que ocorre entre o sal carbonato (CO2-3) e um ácido. Equação do processo: 2H+(aq) + CO3-2(aq) → CO2(g) + H2O(l) Um dos produtos formados é o gás carbônico CO2(g), e como este produto é mais volátil que os reagentes, a reação se classifica como dupla troca. 3. Produto Insolúvel: este produto pode ser obtido da reação entre Nitrato de chumbo [Pb (NO3)2] e Iodeto de sódio (NaI). [Pb (NO3)2] (aq) + 2 NaI(aq) → PbI2 (s) Repare que os reagentes [Pb (NO3)2] e NaI são soluções aquosas que dão origem a um produto sólido PbI2 , é justamente este fator - a formação de um precipitado ao final do processo - que caracteriza a Reação de dupla troca. Observação: Esta reação é a mais fácil de ser visualizada em razão da presença do precipitado sólido que se deposita no fundo do recipiente. Sal carbonato: sua mistura com ácido é reação de dupla troca 1
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