ÁCIDOS

Ácidos no cotidiano: ácido acético - vinagre, ácido cítrico - frutas cítricas.
Introdução

Desde os tempos dos alquimistas, observou-se que certas substâncias apresentavam comportamentos peculiares quando dissolvidos na água. Entre tais propriedades destacavam-se:

	o sabor azedo facilmente identificado em frutas cítricas, como limão, laranja e maçã (a palavra ácido é proveniente do latim acidus - azedo, picante);
	formar soluções aquosas condutoras de eletricidade;
	provocar efervescência, quando em contato com o calcário;
	produzir mudança de cor nos indicadores ácido-base.

Essas substâncias foram denominadas ácidos.

Os ácidos estão presentes em nosso dia-a-dia, como por exemplo: a laranja, o limão e as demais frutas cítricas contém ácido cítrico, a bateria de um automóvel contém ácido sulfúrico, o vinagre contém ácido acético, o ácido clorídrico é constituinte do suco gástrico no estômago, o ácido nítrico é utilizado para produzir explosivos como o TNT.

De um modo geral os ácidos são tóxicos e corrosivos, portanto deve-se evitar contato com a pele, ingeri-los ou respirá-los.
Definição Segundo Arrhenius
Ácido é todo composto molecular que, em solução aquosa, se ioniza, produzindo exclusivamente como cátion o H₃O⁺ (hidroxônio).
HCl + H₂O H₃O⁺ + Cl^–
HCN + H₂O H₃O⁺ + CN^–
No entanto, o cátion Hidroxônio (H₃O⁺) pode ser representado por H⁺:
HCl H⁺ + Cl^–
HCN H⁺ + CN^–
 Classificação dos Ácidos
Quanto à natureza do ácido
Orgânicos - são compostos que contêm em sua estrutura o grupamento carboxila, composto por um átomo de carbono ligado a um átomo de oxigênio por ligação dupla e a um grupo de hidroxila, por ligação simples:

carboxila

O grupo carboxila também pode ser representado apenas por:

-COOH

O hidrogênio ligado ao átomo de oxigênio do grupo carboxila é considerado o hidrogênio ionizável do ácido, desta forma na sua ionização, teremos:

-COOH → H⁺ + -COO^-

Entre os milhares de ácidos orgânicos conhecidos, alguns são de enorme importância para o homem, como por exemplo:
COOH à ácido fórmico (proveniente das formigas)
CH₃COOH à ácido acético (extraído no vinagre, acetum – azedo)
Inorgânicos ou minerais - são de origem mineral e dividem-se em hidrácidos e oxiácidos.
Ex.: HCl, HF, HCN, H₂SO₄, H₃PO₄, et
Quanto à presença de oxigênio na molécula
Hidrácidos – não possuem oxigênio
Exemplos: HCl, HCN, HF, HI, HBr, H₂S, etc.
Oxiácidos – possuem oxigênio
Exemplos: HNO₃ , HClO₃ , H₂SO₄, H₃PO₄, etc.

Quanto ao número de hidrogênios ionizáveis
Monoácidos (ou monopróticos) – apresentam um hidrogênio ionizável.
Exemplos: HCl, HBr, HNO₃ , H₃PO₂ (exceção).
Diácidos (ou dipróticos) – apresentam dois hidrogênios ionizáveis.
Exemplos: H₂S, H₂SO₄ , H₃PO₃ (exceção).
Triácidos – apresentam três hidrogênios ionizáveis.
Exemplos: H₃PO₄ , H₃BO₃.
Tetrácidos – apresentam quatro hidrogênios ionizáveis.
Exemplos: H₄SiO₄ , H₄P₂O₇.

Quanto ao número de elementos químicos
Binário – dois elementos químicos diferentes.

Exemplos: HCl, H₂S, HBr.

Ternário – três elementos químicos diferentes.

Exemplos: HCN, HNO₃ , H₂SO₄ .

Quaternário – quatro elementos químicos diferentes.

Exemplos: HCNO, HSCN

Quanto à volatilidade (ponto de ebulição)

Observação: Por quê se deixarmos um recipiente aberto contendo éter, em pouco tempo, observa-se que o éter desaparecerá?

O éter é um líquido que possui baixo ponto de ebulição e evapora com facilidade à temperatura ambiente. Dizemos neste caso que o éter é uma substância volátil.

Um outro exemplo comum ocorre com o vinagre, o qual possui um odor bastante pronunciado devido à volatilidade do ácido acético, seu principal constituinte.

Ácidos voláteis - ácidos com baixo ponto de ebulição (PE).

Ex.: todos os hidrácidos (HCl, HF, HI, HBr, HCN, H₂S), HNO₃, HCOOH e CH₃COOH.

Ácidos fixos - ácidos com elevado ponto de ebulição (PE).

Ex.: H₂SO₄ (PE = 340ºC), H₃PO₄ (PE = 213ºC) e H₃BO₃ (PE = 185ºC).

Quanto ao grau de ionização (força de um ácido)
Ácidos fortes: possuem α > 50%

Ácidos moderados: 5% α 50%

Ácidos fracos: α < 5%

Regra Prática para Determinação da Força de um Ácido
I. Hidrácidos

Ácidos fortes: HI > HBr > HCl.

Ácido moderado: HF.

Ácidos fracos: demais.


II. Oxiácidos

Sendo H_xE_zO_y a fórmula de um ácido de um elemento E qualquer, temos

em que:


se:

m = 3 ácido muito forte

Exemplos: HClO₄ , HMnO₄...


m = 2 ácido forte

Exemplos: HNO₃ , H₂SO₄...


m = 1 ácido moderado

Exemplos: H₃PO₄ , H₂SO₃ , H₃PO₃(2 H⁺), H₃PO₂(1 H⁺)


m = 0 ácido fraco

Exemplos: HClO, H₃BO₃
Observação
1º) O ácido carbônico (H₂CO₃) é uma exceção, pois é um ácido fraco (α = 0,18%), embora o valor de m = 1
2º) Todos os ácidos carboxílicos são fracos.

Fórmula Estrutural
I. Hidrácidos ( H_xE )

Cada hidrogênio está ligado ao elemento por um traço (–) que representa a ligação covalente.

Exemplos
 

II. Oxiácidos (H_xE_zO_y )
Para escrever a fórmula estrutural dos oxiácidos, devemos proceder da seguinte maneira:

1) escrever o elemento central;

2) ligar o elemento central a tantos grupos – OH quantos forem os hidrogênios ionizáveis;

3) ligar o elemento central aos oxigênios restantes através de uma dupla ligação ou por ligação dativa
Exemplos

Observação

Duas exceções importantes, por apresentarem hidrogênios não-ionizáveis, são:

Formulação e Nomenclatura
I. Formulação
O ácido é formado pelo cátion H⁺ e ânion qualquer (A^x-). Portanto, podemos representar sua fórmula da seguinte maneira:

H⁺A^x- H_xA

II. Nomenclatura

O nome de um ácido é feito basicamente da seguinte forma:

1^o) a palavra ácido;
2^o) nome do elemento;
3^o) terminação ídrico, ico ou oso

 

Hidrácidos (H_xE)

 Exemplos

HCl ácido clorídrico
HBr ácido bromídrico
HCN ácido cianídrico
H₂S ácido sulfídrico
HI ácido iodídrico

Oxiácidos (H_xE_zO_y)

Neste caso, como o mesmo elemento pode formar vários oxiácidos, estabelecemos um oxiácido padrão a partir do qual daremos nomes aos demais.

• Oxiácido padrão

ácido       ^{nome de E}        ico

Regra geral para elementos que formam 2 ou mais oxiácidos:

Como vemos na tabela acima, todo oxiácido padrão tem terminação ico. Se tivermos um ácido com:

a) um oxigênio a mais que o padrão, acrescentamos o prefixo per;

b) um oxigênio a menos que o padrão, a terminação muda para oso;

c) dois oxigênios a menos que o padrão, a terminação continua oso e acrescentamos o prefixo hipo.

Resumindo temos:

Aplicando esta regra, ficamos com:

Regra quando varia o grau de hidratação

Resumindo temos:

Exemplos

Ionização dos Ácidos
A ionização de um ácido, como já vimos anteriormente, na própria definição de ácido de Arrhenius, é a reação do ácido com a molécula de água, produzindo o cátion H₃O⁺.
Se um ácido possui dois ou mais hidrogênios ionizáveis (poliácido), a ionização ocorre em etapas.
Exemplos
a)



b)



c)



d)



e)


Nomenclatura dos Ânions
Podemos considerar que os ânions são provenientes dos ácidos.
Assim, temos:

HF = ácido fluorídrico → F^- = fluoreto

HCl = ácido clorídrico → Cl^- = ânion cloreto

HBr = ácido bromídrico → Br^- = ânion brometo

HI = ácido iodídrico → I^- = ânion iodeto

HCN = ácido cianídrico → CN^- =  ânion cianeto

HNO₃ = ácido nítrico → NO₃^- = ânion nitrato

HNO₂ = ácido nitroso → NO₂^- = ânion nitrito

HClO₃ = ácido clórico → ClO₃^- = ânion clorato

HClO₄ = ácido perclórico → ClO₄^- = ânion perclorato

HClO₂ = ácido cloroso → ClO₂^- = ânion clorito

HClO = ácido hipocloroso → ClO^- = ânion hipoclorito

CH₃COOH = ácido acético → CH₃COO^- = ânion acetato

 

HIDROGENO ÂNIONS

São ânions que possuem um ou mais hidrogênios ionizáveis em sua fórmula. Sua nomenclatura segue a seguinte regra:

Mono, di ou tri (nº de H ionizáveis) + hidrogeno + nome do ânion normal

Ou ainda:

Nome do ânion normal + mono, di ou tri (nº de H ionizáveis) + ácido

Observações:

1º) A colocação do prefixo mono é opcional;

2º) Os hidrogeno ânions provenientes de diácidos, o nome pode ser formado acrescentando-se o prefixo BI.

 

Exemplo 1:

H₂S → H⁺ + HS^-

HS^- → H⁺ + S^2-

Desta forma, teremos:

H2S	HS-	S2-
Ácido sulfídrico	(Mono)Hidrogeno sulfeto Sulfeto (mono)ácido Bissulfeto	Sulfeto

Exemplo 2:

H₂SO₄ → H⁺ + HSO₄^-

HSO₄^- → H⁺ + SO₄^2-

Desta forma, teremos:

H2SO4	HSO4-	SO42-
Ácido sulfúrico	(Mono)Hidrogeno sulfato Sulfato (mono)ácido Bissulfato	Sulfato

 

Exemplo 3:

H₃PO₄ → H⁺ + H₂PO₄^-

H₂PO₄^- → H⁺ + HPO₄^2-

HPO₄^2- → H⁺ + PO₄^3-

Desta forma, teremos:

H3PO4	H2PO4-	HPO42- (*)	PO43-
Ácido Fosfórico	Di-hidrogeno fosfato Fosfato diácido	(Mono)Hidrogeno fosfato Fosfato (mono)ácido	Fosfato

(*) Observe que para o hidrogeno fosfato não foi utilizado o prefixo BI, pois o ânion é proveniente de um triácido.

Exemplo 4:

H₂CO₃ → H⁺ + HCO₃^-

HCO₃^- → H⁺ + CO₃^2-

Desta forma, teremos:

H2CO3	HCO3-	CO32-
Ácido carbônico	(Mono)Hidrogeno carbonato Carbonato (mono)ácido Bicarbonato	Carbonato

Apesar de esses ânions apresentarem hidrogênios, estes não são ionizáveis

APLICAÇÕES DOS PRINCIPAIS ÁCIDOS DO COTIDIANO

Ø  Ácido clorídrico (HCl)

· O ácido impuro (técnico) é vendido no comércio com o nome de ácido muriático;

Recipiente contendo ácido muriático

      · É encontrado no suco gástrico, produzido pelas células parietais, responsável pela acidez estomacal;

Esquema representativo do estômago contento suco gástrico (HCl)

         · É um reagente muito usado na indústria e no laboratório;

      · É usado na limpeza de pisos após a caiação das paredes (cal hidratada Ca(OH)₂) , para remover os respingos de cal;

 HCl(aq) + Ca(OH)₂(s) → CaCl₂(aq) + 2 H₂O

            

 · É usado na limpeza de superfícies metálicas antes da soldagem dos respectivos metais.
Ø  Ácido fluorídrico (HF)
 · Tem a particularidade de corroer o vidro, devendo ser guardado em frascos de plástico, por esta razão é usado para fazer gravações sobre o vidro.

Vidro de um automóvel com gravação do número do chassi feita com HF

Ø  Ácido cianídrico (HCN)
 · O HCN é o gás de ação venenosa mais rápida que se conhece: uma concentração de 0,3 mg por litro de ar é imediatamente mortal;
 · É o gás usado nos estados americanos do Norte que adotam a pena de morte por câmara de gás;
 · A primeira vítima do HCN foi seu descobridor, Carl Wihelm Scheele, que morreu ao deixar cair um vidro contendo solução de HCN.

Câmara de gás utilizado em execuções nos EUA

Ø  Ácido sulfídrico (H₂S)
· O H₂S é um gás incolor, mais pesado do que o ar e inflamável com um forte odor desagradável de ovos podres. Esse gás é algumas vezes referido como "gás de cano de esgoto". Em pequenas concentrações ele pode irritar os olhos e atuar como depressivo; em elevadas concentrações ele pode provocar irritação do sistema respiratório superior e, durante longas exposições, edema pulmonar. Sendo mais denso que o ar, o H₂S pode acumular-se em depressões e cavernas.

Aquecendo as mãos no geiser (deserto chileno nos andes) que elimina H₂S com odor de ovo podre.

Ø  Ácido sulfúrico (H₂SO₄)
· É o ácido mais utilizado e importante nas indústrias e nos laboratórios, conhecido como “burro de carga”. O poder econômico de um país pode ser avaliado pela quantidade de ácido sulfúrico que ele fabrica e consome;
· O maior consumo de ácido sulfúrico é na fabricação de fertilizantes, como os superfosfatos e o sulfato de amônio;
· É o ácido dos acumuladores de chumbo (baterias) usados nos automóveis;

Bateria automotiva contendo solução de H₂SO₄

· É consumido em enormes quantidades em inúmeros processos industriais, como processos da indústria petroquímica, fabricação de papel, corantes, etc;
· O ácido sulfúrico concentrado é um dos desidratantes mais enérgicos. Assim, ele carboniza os hidratos de carbono como os açúcares, amido e celulose; a carbonização é devido à desidratação desses materiais;

               C₁₂H₂₂O₁₁(s)   12 C(s) + 11 H₂O(v)

Sacarose                   Carvão

Adicão de ác. sulfúrico ao açúcar com desidratação e formação de carvão com expansão de massa.

· O ácido sulfúrico "destrói" o papel, o tecido de algodão, a madeira, o açúcar e outros materiais devido à sua enérgica ação desidratante;
· O ácido sulfúrico concentrado tem ação corrosiva sobre os tecidos dos organismos vivos também devido à sua ação desidratante. Produz sérias queimaduras na pele. Por isso, é necessário extremo cuidado ao manusear esse ácido;
· As chuvas ácidas em ambiente poluídos com dióxido de enxofre contêm H₂SO₄ e causam grande impacto ambiental.

     S + O₂(g) → SO₂(g) + 1/2 O₂(g) → SO₃(g) + H₂O(l) → H₂SO₄(aq)

 impureza      ar                                           ar                                 água da chuva            chuva ácida

 dos derivados

 do petróleo

Efeitos da chuva ácida: estátua antes e depois da exposição à chuva ácida, floresta negra na Alemanha em 1970 e 1983 depois da exposição à chuva ácida.

Ø  Ácido nítrico (HNO₃)
· Depois do sulfúrico, é o ácido mais fabricado e mais consumido na indústria. Seu maior consumo é na fabricação de explosivos, como nitroglicerina (dinamite), trinitrotolueno (TNT), trinitrocelulose (algodão pólvora) e ácido pícrico e picrato de amônio;
· É usado na fabricação do salitre (NaNO₃, KNO₃) e da pólvora negra (salitre + carvão + enxofre);

Pólvora negra: (Salitre - KNO₃ + Carvão - C + Enxofre - S)

· As chuvas ácidas em ambientes poluídos com óxidos do nitrogênio contém HNO₃ e causam sério impacto ambiental. Em ambientes não poluídos, mas na presença de raios e relâmpagos, a chuva também contém HNO₃, mas em proporção mínima;

N₂(g) + O₂(g) → 2 NO(g) + O₂(g) → 2 NO₂(g) + H₂O(l) → HNO₂ + HNO₃

· O ácido nítrico concentrado é um líquido muito volátil; seus vapores são muito tóxicos. É um ácido muito corrosivo e, assim como o ácido sulfúrico, é necessário muito cuidado para manuseá- lo.

Explosão realizada através do uso do TNT obtido a partir do HNO₃

Ø  Ácido fosfórico (H₃PO₄)
· Os seus sais (fosfatos) têm grande aplicação como fertilizantes na agricultura;
· É usado como aditivo (acidulante) em refrigerantes como Coca-Cola.

Refrigerante contendo H₃PO₄ como acidulante

Ø  Ácido carbônico (H₂CO₃)
· É o ácido das águas minerais gaseificadas e dos refrigerantes. Forma-se na reação do gás carbônico com a água: CO₂ + H₂O à H₂CO₃
· Responsável pelo processo de formação da chuva ácida em ambientes não poluídos na ausência de descargas elétricas.

CO₂(g) + H₂O(l) Û H₂CO₃(aq) Û H⁺(aq) + HCO₃^1-(aq)

 

Bebidas contendo ácido carbônico (H₂CO₃)

Ø  Ácido acético (H₃C-COOH)
· É o ácido constituinte do vinagre, utilizado com condimento na culinária;
· O vinagre é uma solução aquosa contendo de 3 a 7% de ácido acético.

Vinagre contendo 3% a 7% de ácido acético