Ácidos e bases (Português)

Definições de ácidos e bases
e o papel da água

Propriedades de ácidos e bases de acordo com Boyle

Em 1661, Robert Boyle resumiu as propriedades dos ácidos como segue.

1. Os ácidos têm gosto amargo.

2. Os ácidos são corrosivos.

3. Os ácidos mudam a cor de certos corantes vegetais, como o litmus, de azul para vermelho.

4. Os ácidos perdem a acidez quando são combinados com alcalis.

O nome “ácido” vem do latim acidus, que significa “azedo” e se refere ao odor forte e ao sabor de muitos ácidos.

Exemplos: o vinagre tem gosto azedo porque é uma solução diluída de ácido acético em água. O suco de limão tem gosto azedo porque contém ácido cítrico. O leite azeda quando se estraga porque o ácido elático é formado, e o odor desagradável e azedo de carne podre ou manteiga pode ser atribuído a compostos como o ácido butírico que se forma quando a gordura se deteriora.

Em 1661, Boyle resumiu as propriedades dos álcalis as segue.

• Alcalis parecem escorregadios.
• Alcalis mudam a cor do tornassol de vermelho para azul.
• Alcalis tornam-se menos alcalinos quando combinados com ácidos.

Em essência, Boyle definiu os álcalis como substâncias que consomem ou neutralizam ácidos. Os ácidos perdem seu sabor ácido característico e a capacidade de dissolver metais quando são misturados com álcalis. Os álcalis até revertem a mudança de cor que ocorre quando o tornassol entra em contato com um ácido. Eventualmente, os álcalis se tornaram conhecidos como bases porque servem como a “base” formando certos sais.

A definição de Arrhenius de ácidos e bases

Em 1884 Svante Arrhenius sugeriu que sais como o NaCldissociam quando se dissolvem em água para dar partículas denominadas íons.

Três anos depois, Arrhenius estendeu essa teoria sugerindo que os ácidos são compostos neutros que ionizam quando se dissolvem em água para dar íons H + e um íon negativo correspondente. De acordo com sua teoria, o cloreto de hidrogênio é anácido porque se ioniza quando se dissolve em água para dar os íons hidrogênio (H +) e cloreto (Cl-), conforme mostrado na figura abaixo.

Arrhenius argumentou que as bases são compostos neutros que se dissociam ou ionizam em água para dar íons OH- e íons positivos. NaOH é uma base de Arrhenius porque se dissocia em água para dar os íons hidróxido (OH-) e sódio (Na +).

Um ácido de Arrhenius é, portanto, qualquer substância que se dissolve quando se dissolve em água para dar o íon H + ou hidrogênio.

Uma base de Arrhenius é qualquer substância que dá o íon OH-, ou hidróxido, quando se dissolve em água.

Os ácidos de Arrhenius incluem compostos como HCl, HCN e H2SO4 que se ionizam em água para dar o íon H +. As arrheniusbases incluem compostos iônicos que contêm o íon OH, como NaOH, KOH e Ca (OH) 2.

Essa teoria explica por que os ácidos têm propriedades semelhantes: As propriedades características dos ácidos resultam da presença do H + íon gerado quando um ácido se dissolve na água. Isso também explica por que os ácidos neutralizam as bases e vice-versa. Os ácidos fornecem o íon H +; as bases fornecem o íon OH; e esses íons se combinam para formar água.

H + (aq) + OH- (aq) H2O (l)

A teoria de Arrhenius tem várias desvantagens .

• Pode ser aplicado apenas a reações que ocorrem na água porque define ácidos e bases em termos do que acontece quando os compostos se dissolvem na água.
• Não faz explique por que alguns compostos nos quais o hidrogênio tem um número de oxidação +1 (como o HCl) se dissolvem na água para dar soluções ácidas, enquanto outros (como o CH4) não.
• Apenas os compostos que contêm o íon OH podem ser classificados como bases de Arrhenius. A teoria de Arrhenius não consegue explicar por que outros compostos (como Na2CO3) têm as propriedades características das bases.

O papel dos íons H + e OH na química de soluções aquosas

Como o oxigênio (EN = 3,44) é muito mais eletronegativo do que o hidrogênio (EN = 2,20), os elétrons nas ligações HO na água não são “t compartilhado igualmente pelos átomos de hidrogênio e oxigênio. Esses elétrons são atraídos para o átomo de oxigênio no centro da molécula e para longe dos átomos de hidrogênio em ambas as extremidades. Como resultado, a molécula de água é polar. O átomo de oxigênio carrega uma carga parcial negativa (-) e os átomos de hidrogênio carregam uma carga parcial positiva (+).

Quando eles se dissociam formam íons, as moléculas de água formam, portanto, um íon H + carregado positivamente e um íon OH- carregado negativamente.

A reação oposta também pode ocorrer. Os íons H + podem se combinar com os íons OH- para formar moléculas neutras de água.

O fato de que as moléculas de água se dissociam para formar íons H + e OH-, que podem então se recombinar para formar moléculas de água, é indicado pela seguinte equação.

Até que ponto a água se dissocia para formar íons?

A 25 ° C, a densidade da água é 0,9971 g / cm3, ou 0,9971 g / mL. A concentração de água é, portanto, 55,35 molar.

A concentração dos íons H + e OH- formados pela dissociação de moléculas H2O neutras a esta temperatura é apenas 1,0 x 10-7 mol / L. A razão entre a concentração do íon H + (ou OH-) e a concentração das moléculas neutras de H2O é, portanto, 1,8 x 10-9.

Em outras palavras, apenas cerca de 2 partes por bilhão (ppb) das moléculas de água se dissociam em íons à temperatura ambiente. A figura abaixo mostra um modelo de 20 moléculas de água, uma das quais se dissociou para formar um par de íons H + e OH. Se esta ilustração fosse uma fotografia de alta resolução da estrutura da água, encontraríamos um par de íons H + e OH- em média de apenas uma vez para cada 25 milhões dessas fotografias.

A definição operacional de ácidos e Bases

O fato de a água se dissociar para formar íons H + e OH em uma reação reversível é a base para uma definição operacional de ácidos e bases mais poderosa do que as definições propostas por Arrhenius. Em um sentido operacional, um ácido é qualquer substância que aumenta a concentração do íon H + quando se dissolve em água. Uma base é qualquer substância que aumenta a concentração do íon OH- quando ele se dissolve na água.

Essas definições vinculam a teoria de ácidos e bases a um simples teste de laboratório para ácidos e bases. Para decidir se um composto é um ácido ou uma base, nós o dissolvemos em água e testamos a solução para ver se a concentração de íons H + ou OH aumentou.

Ácidos e bases típicas

As propriedades dos ácidos e bases resultam das diferenças entre a química dos metais e não metais, como pode ser visto na química dessas classes de compostos: hidrônia, óxidos e hidróxidos.

Os compostos que contêm hidrogênio ligado a um não metal são chamados de hidretos de não metal. Por conter hidrogênio no estado de oxidação + 1, esses compostos podem atuar como uma fonte do íon H + na água.

Os hidretos metálicos, por outro lado, contêm hidrogênio ligado a um metal. Como esses compostos contêm hidrogênio no estado de oxidação a-1, eles se dissociam em água para dar o íon H- (ou hidreto).

O íon H-, com seu par de elétrons de valência, pode abstrair um íon H + de uma molécula de água.

Como remover íons H + das moléculas de água é uma forma de aumentar a concentração de íons OH- em uma solução, os hidretos metálicos são bases.

Um padrão semelhante pode ser encontrado na química dos óxidos formados por metais e não metais. Os óxidos não metálicos se dissolvem na água para formar ácidos. CO2 dissolve-se em água para dar ácido carbonico, SO3 dá ácido sulfúrico e P4O10 reage com água para dar ácido fosfórico.

Óxidos metálicos , por outro lado, são bases. Os metalóxidos contêm formalmente o íon O2, que reage com a água para dar um par de íons OH-.

Óxidos metálicos, portanto, se encaixam na definição operacional de abase.

Vemos o mesmo padrão na química de compostos que contêm o OH, ou hidróxido, grupo. Hidróxidos metálicos, como LiOH, NaOH, KOH e Ca (OH) 2, são bases.

Hidróxidos não metálicos, como o ácido hipocloroso (HOCl), são ácidos.

A tabela a seguir resume as tendências observadas nessas três categorias de compostos. Hidretos metálicos, óxidos metálicos e hidróxidos metálicos são bases. Hidretos não metálicos, óxidos não metálicos e hidróxidos não metálicos são ácidos.

Ácidos e bases típicas

Os átomos de hidrogênio ácidos nos hidróxidos não metálicos na tabela acima não estão ligados ao nitrogênio, enxofre, átomos de fósforo. Em cada um desses compostos, o hidrogênio ácido está ligado a um átomo de oxigênio. Esses compostos são, portanto, uma amostra de oxiácidos.

Estruturas de esqueleto para oito oxiácidos são fornecidas na figura abaixo. Como regra geral , os ácidos que contêm oxigênio têm estruturas esqueléticas nas quais os hidrogênios ácidos estão ligados aos átomos de oxigênio.

• Os ácidos reagem com a água doando um íon H + a uma molécula de água neutra para formar o íon H3O +.

• As bases reagem com a água aceitando um íon H + de uma molécula de água para formar o íon OH-.

• As moléculas de água podem atuar como intermediários em reações ácido-base ganhando íons H + do ácido

e então perder esses íons H + para a base.

O modelo de Brnsted pode ser estendido para reações ácido-base em outros solventes. Por exemplo, há uma pequena tendência na amônia líquida de um íon H + ser transferido de uma molécula NH3 para outra para formar os íons NH4 + e NH2.

Por analogia com a química de soluções aquosas , concluímos que os ácidos na amônia líquida incluem qualquer fonte do íon NH4 + e que as bases incluem qualquer fonte do íon NH2.

O modelo de Brnsted pode até mesmo ser estendido para reações que não ocorrem em solução. Um exemplo clássico de uma reação gás-fase-ácido-base é encontrado quando recipientes abertos de ácido clorídrico concentrado e amônia aquosa são mantidos próximos um do outro . Uma nuvem branca de cloreto de amônio logo se forma quando o gás HCl que escapa de uma solução reage com o gás NH3 da outra.

Esta reação envolve a transferência de um íon H + de HCl para NH3 e é, portanto, uma reação de base do ácido de Brnsted, embora ocorra na fase gasosa.