FUNÇÕES INORGÂNICAS Professor: Nilsonmar Funções químicas • Função química corresponde a um conjunto de substâncias que apresentam propriedades químicas semelhantes. As substâncias inorgânicas podem ser classificadas em quatro funções: Ácidos Bases Sais Óxidos Ácidos Ácidos de ARRHENIUS: são substâncias compostas que em solução aquosa liberam como cátion o Hidrogênio ( H+) e um ânion qualquer. Equação de Ionização dos ácidos HCl H2O H+ + Cl- Conceito Moderno • Ácidos são compostos que quando em solução aquosa se ionizam, produzindo o íon hidrônio ou hidroxônio (H3O+) e um ânion qualquer. HCl + H2O H2SO4 + 2 H2O H3O+ + Cl2 H3O+ + SO4= Características gerais dos ácidos Apresentam sabor azedo; Desidratam a matéria orgânica; Deixam incolor a solução alcoólica de fenolftaleína; Neutralizam bases formando sal e água; Conduzem a corrente elétrica quando em solução aquosa. Classificação dos Ácidos Quanto a presença ou ausência de Oxigênio Hidrácidos (HCl, H2S, HBr) Oxiácidos (H2SO4, H3PO4, HClO4) De acordo com o hidrogênios ionizáveis número de • Monoácidos: produz apenas um H+ (HCl, HNO3, etc). • Diácidos: produz dois H+ (H2SO4, H2CO3, etc). • Triácidos: produz três H+ (H3PO4, H3BO3, etc). • Tetrácidos: produz quatro H+ (H4P2O7, H4SiO4, etc). CUIDADO! H3PO3 – diácido – apenas 2 H+; H3PO2 – monoácido – apenas 1 H+. De acordo com o Grau de ionização (α) • Ácidos fortes: quando α › 50% - HCl = 92%, H2SO4 = 61%. • Ácidos moderados: quando 5% < α < 50% - HF=8%, H3PO4 = 27%. • Ácidos fracos: quando α < 5% - HCN=0,008%, H2CO3 = 0,18%. 0% α 100% Força dos Ácidos • Nos hidrácidos: – são fortes: HCl, HBr, HI; – é moderado: apenas HF; – são fracos: todos os demais. • Nos oxiácidos, a força é tanto maior quanto maior for a seguinte diferença: (número de oxigênio) – (número de hidrogênio) HClO4 : 4 – 1 = 3 HNO3 : 3 – 1 = 2 H3PO4 : 4 – 3 = 1 H3BO3 : 3 – 3 = 0 muito forte forte moderado fraco Cuidado! O ácido carbônico (H2CO3) é fraco α = 0,18% De acordo com a volatilidade • Ácidos fixos: voláteis. ou são sólidos ou são líquidos pouco – H2C2O4 é um sólido; – H2SO4 é um líquido – ferve a 338°C • Ácidos voláteis: ou são líquidos voláteis ou gases. – HNO3 é um líquido - ferve a 86°C – HCl, H2S, HCN são gases. Nomenclatura Oficial Hidrácidos Seguem a seguinte regra: Ácido + ídrico Radical do Elemento • • • • HCl – ácido clorídrico HI – ácido iodídrico HCN – ácido cianídrico H2S - sulfídrico Oxiácidos • Quando o elemento forma apenas um oxiácido, usa-se a terminação ico: Ácido _____________ + ICO Nome do Elemento H2CO3 – ácido carbônico H3BO3- ácido bórico Quando o elemento forma dois oxiácidos: Ácido _____________ + Nome do Elemento ico (Nox maior) oso (Nox menor) +5 HNO3- ácido nítrico +3 HNO2- ácido nitroso +6 H2SO4- ácido sulfúrico +4 H2SO3- ácido sulfuroso Obs.: Neste caso, o Nox maior em geral coincide com o número da coluna onde o elemento está situado na Classificação Periódica e o menor Nox é igual a esse número menos dois. Frequentemente, o ácido em Nox maior é o mais comum e o mais importante. Quando o elemento forma três ou quatro oxiácidos • • • • +7 Ácido Per..... +6,+5 Ácido ..... Ácido +4,+3,+2 ..... +1 Ácido Hipo ..... ico ico oso oso Menos Oxigênios Ex: H3PO2 – ácido Hipofosforoso HClO4 – ácido Perclórico HClO2 – ácido cloroso GRAU DE HIDRATAÇÃO • Certos elementos formam vários oxiácidos que diferem entre si, não pelo Nox do elemento central, e sim pelo chamado GRAU DE HIDRATAÇÃO. • Neste caso, usam-se os prefíxos: – Orto Indicando quantidade de água – Piro decrescente – Meta • Exemplo: – H3PO4 , H4P2O7 e HPO3 , onde o Nox do fósforo é sempre o mesmo (+5) – O H3PO4 chama-se ácido ortofosfórico, pois é o mais hidratado dos três (o prefíxo orto é optativo). – O H4P2O7 chama-se pirofosfórico, pois: 2 x H3PO4 equivale a H6P2O8 subtraindo H2 O temos H4P2O7 – O HPO3 chama-se ácido metafosfórico, pois: H3PO4 H2 O HPO3 O HPO3 é sem dúvida, o menos hidrtado dos três, pois subtraímos uma molécula de água de apenas uma molécula de ácido H3PO4. Obs. Para treinar a formulação e a nomenclatura dos ácidos, veja a tabela dos radicais negativos, apresentada na aula de Nox. Ácidos importantes 1) H2SO4– Ác. Sulfúrico(ácido ou solução de bateria) É um líquido incolor e oleoso de densidade 1,85 g/cm3, é um ácido forte que reage com metais originando sulfatos. Pode ser obtido a partir da seguinte reação: SO3 + H2O H2SO4 2) HCl – Ác. Clorídrico (ácido muriático) Solução de hidreto de cloro em água. Apresenta forte odor, além de ser sufocante. É utilizado na limpeza de peças metálicas e de superfícies de mármore. É encontrado no suco gástrico humano. 3) HNO3 – Ác. Nítrico (áqua fortis) Líquido incolor fumegante ao ar que ataca violentamente os tecidos animais e vegetais , produzindo manchas amareladas na pele. É muito usado em química orgânica para a produção de nitrocompostos. 4) H3PO4 – Ác. Fosfórico (Acidulante INS-338) É um líquido xaroposo obtido pela oxidação do fósforo vermelho com ácido nítrico concentrado. É um ácido moderado usado na indústria de vidros, preparo de águas minerais e nos refrigerantes de “cola”. Seus fosfatos são usados como adubo. *Seus fosfatos fazem parte da formulação do fertilizante “NPK”. Bases ou Hidróxidos De acordo com Arrhenius, base ou hidróxido é toda substância que, dissolvida em água, dissocia-se fornecendo como ânion exclusivamente OH- (hidroxila ou oxidrila). Ca(OH)2 Al(OH)3 H2O H2O Ca2+ + 2 OHAl3+ + 3 OH- Características gerais das bases Apresentam sabor cáustico e adstrigente; Estriam a matéria orgânica; Deixam vermelha a solução alcoólica de fenolftaleína; Neutralizam ácidos formando sal e água; Possuem OH- (direita); Metais; Lig. Iônicas; Sólidas; Fixas. (exceção) * NH3 + H2O NH4OH Ametal; Lig. covalentes; Solução aquosa; Volátil. Classificação • Quanto ao Número de Hidroxilas -Monobases: NaOH; KOH - Dibases: Ca(OH)2; Mg(OH)2 - Tribases: Al(OH)3; Fe(OH)3 - Tetrabases: Pb(OH)4; Sn(OH)4 Quanto ao grau de dissociação • Bases fortes: são formadas por metais alcalinos (NaOH, KOH, etc) e dos metais alcalinos terrosos (Ca(OH)2, Mg(OH)2,,etc.) • Bases fracas: hidróxido de amônio (NH4OH) e hidróxidos de metais em geral (AgOH, Fe(OH)2, etc.) – excluídos os metais alcalinos e alcalino-terrosos. Quanto a solubilidade em água. • Solúveis – metais alcalinos – NaOH, KOH, etc. e hidróxido de amônio -NH4OH (única base solúvel e fraca). • Pouco solúveis – alcalino-terrosos - Ca(OH)2, Ba(OH)2,,etc. – Obs.: As bases Be(OH)2, Mg(OH)2, por apresentarem solubilidade muito pequena, são consideradas praticamente insolúveis. • Praticamente insolúveis – Pb(OH)2 todos os demais - Au(OH)3, Nomenclatura Quando o elemento forma apenas 1 base Hidróxido de _________________ Nome do Elemento NaOH hidróxido de sódio Al(OH)3 hidróxido de alumínio Quando o elemento forma duas bases Hidróxido ______________ Nome do Elemento ico (Nox maior) oso (Nox menor) Fe(OH)2 - hidróxido ferroso Fe(OH)3 - hidróxido férrico Sn(OH)4 - hidróxido estânico Sn(OH)2 - hidróxido estanoso Fe(OH)2 - hidróxido de ferro II Fe(OH)3 - hidróxido de ferro III Sn(OH)4 - hidróxido de estanho IV Sn(OH)2 - hidróxido de estanho II Bases importantes 1) NaOH – Hidróxido de sódio (Soda cáustica) É um sólido branco floculado muito solúvel em água além de extremamente cáustico. É usado na desidratação de gorduras, no branqueamento de fibras (celulose) e na fabricação de sabão, detergente e como desentupidor de ralos e esgotos. 2) Ca(OH)2 – Hidróxido de cálcio (cal apagada, hidratada ou extinta) É uma suspensão aquosa de aparência leitosa, obtida a partir do CaO (cal virgem). É usada na caiação de paredes e muros, na neutralização de solos ácidos e na fabricação de doces. CaO + H2O Ca(OH)2 Cal Virgem Cal Apagada 3) Mg(OH)2 – Hidróxido de magnésio (Leite de magnésia) É uma suspensão leitosa, obtida a partir do MgO. É usada como antiácido estomacal e também como laxante. Mg(OH)2 + 2HCl MgCl2 + 2H2O 4) Al(OH)3 – Hidróxido de alumínio É uma suspensão gelatinosa que pode adsorver moléculas orgânicas que por ventura estejam em solução aquosa (no tratamento da água). É usada como antiácido estomacal, para tingimentos e na preparação de lacas (resina ou verniz) para pintura artística. Propriedades Funcionais A medida do caráter ácido e do básico Entre um corpo “muito quente” e um corpo “muito frio”, a temperatura pode variar gradativamente. Da mesma forma, entre um solução “ácida” e uma solução “básica”, a acidez e a basicidade (ou alcalinidade) também podem variar gradativamente. Para medir a temperatura, usamos um termômetro, ou melhor, uma escala termométrica. Para medir a acidez ou a basicidade de uma solução, usamos uma escala denominada escala de pH. O pH será estudado, com maiores detalhes, pelo meu irmão e amigo GARTZ, entretanto, podemos dizer, desde já, que o pH varia de zero (soluções muito ácidas) até 14 (soluções muito básicas); o valor pH = 7 indica uma solução neutra (nem ácida nem básica) . Sais Sal é todo composto que em água dissocia liberando um cátion de H+ e um ânion de OH-. A reação de um ácido com uma base recebe o nome de neutralização ou salificação. Ácido + Base Sal + Água Salificação HCl + NaOH NaCl + H2O Neutralização Classificação dos SAIS • Quanto a presença de oxigênio: – sais oxigenados ou oxi-sais: Na2SO4 , K3PO4, etc – sais não-oxigenados ou halóides: NaCl, CaBr2, etc. • Quanto ao número de elementos químicos – sais binários: K2S, PtCl4, etc. – sais ternários: Li2SO4, Al2(SO4)3, etc. – sais quaternários: NaCNO, K4[Fe(CN) 6], etc. Os SAIS ainda podem ser: • Normais: não apresentam H+ nem (OH)- CaCl2, KI, etc. • Ácidos ou hidrogeno-sais: apresentam H+NaHSO4, etc. • Básicos ou hidroxi-sais: apresentam (OH)– Al(OH)SO4, etc. Outros SAIS • Duplos ou mistos: são formados por 2 cátions ou 2 ânions diferentes. – KNaSO4, CaBrCl, etc. • Hidratados: são cristalizados com uma ou mais moléculas de água. . – CuSO4 5 H2O Propriedades funcionais dos SAIS Não tendo um RADICAL FUNCIONAL comum, os sais, logicamente não terão PROPRIEDADES FUNCIONAIS bemdefinidas. Todavia, podemos assinalar que os sais, em geral: • tem sabor “salgado” (é redundante mais tudo bem) – cuidado, pois os sais quase sempre são venenosos; • são sólidos, cristalinos, que fundem e fervem em temperaturas elevadas; • são compostos tipicamente iônicos, isto é, formados por aglomerados de íons, e não por moléculas; portanto conduzem a corrente elétrica tanto em solução aquosa como fundidos. Outro fato importante a considerar é a solubilidade dos sais na água; a tabela seguinte apresenta os casos principais ( em destaque , os casos de grande solubilidade): Obs.: Na apostila resumo tem uma tabela mais completa Nomenclatura Obedece : (nome do ânion) de (nome do cátion) Sufixo do ácido ídrico ico oso Sufixo do ânion eto ato oxigenados ito Com o clorídrico não me meto Bico de pato Formoso periquito H2SO4 + Ca(OH)2 CaSO4 + 2 H2O Sulfato de cálcio (gesso) Sais importantes NaHCO3 – Bicarbonato de sódio (ENO,Sonrisal) É um pó branco que perde CO2 com facilidade (efervescência). É usado como antiácido estomacal , fermento químico e nos extintores de incêndio. 1) H2CO3 NaHCO3 + H2O NaOH + H2O+ CO2 2) CaCO3 – Carbonato de cálcio (mármore,calcáreo) É um sólido branco que por aquecimento perde CO2 e produz CaO (calcinação). É usado na fabricação de cimentos, como corretivo do solo. CaCO3 CaO + CO2 3) NaNO3 – Nitrato de sódio (Salitre do Chile) É um sólido cristalizado, além de ser um ótimo oxidante para reações químicas. É usado na fabricação de fertilizantes e explosivos. 4) NH4Cl – Cloreto de amônio (Sal amoníaco) É um sólido granulado obtido do líquido amoniacal das fábricas de gás. É usado na fabricação de pilhas secas, na soldagem , na galvanização do ferro e na fabricação de tecidos. Óxidos Óxido é todo composto binário oxigenado, no qual o oxigênio é o elemento mais eletronegativo. Exemplos: CO2, H2O, Mn2O7, Fe2O3 Classificação Óxidos Básicos Óxidos Ácidos Óxidos Anfóteros Óxidos Neutros Óxidos Duplos Peróxidos Superóxidos Classificação Óxidos Básicos (metálicos) São formados por metais alcalinos e alcalinos terrosos e reagem com água formando bases e com ácidos formando sal e água. Óxido básico + H2O base 2NaO + H2O 2NaOH Óxido básico + ácido sal + H2O MgO + 2HCl MgCl2 + H2O Características dos óxidos básicos • São formados por metais com números de oxidação baixo (+1, +2 ou +3). • São compostos sólidos, iônicos e apresentam pontos de fusão e de ebulição elevados. • Os óxidos dos metais alcalinos e alcalinoterrosos reagem com água; os demais óxidos básicos são pouco solúveis em água. Nomenclatura dos óxidos básicos • Quando o elemento forma apenas um óxido: Óxido de ................................... (nome do elemento) Na2O – óxido de sódio CaO – óxido de cálcio Al2O3 – óxido de alumínio • Quando o elemento forma apenas dois ico (N maior) óxidos: Óxido ................................... (nome do elemento) Fe2O3 – óxido férrico ox oso (Nox menor) FeO – óxido ferroso Podemos também indicar o número de oxidação do elemento por um algarismo romano. Fe2O3 – óxido de ferro III FeO – óxido de ferro II Ainda podemos indicar o número de átomos de oxigênio e o número de átomos do elemento com o auxílio dos prefixos mono, di, tri, etc.. Fe2O3 – trióxido de diferro FeO – monóxido de monoferro Essas duas últimas nomenclatura, são de caráter geral, servindo não para os óxidos básico, mas também para as demais classes de óxidos que virão a seguir. Óxidos Ácidos (anidridos) São formados por ametais e reagem com água formando ácidos e com bases formando sal e água. Óxido ácido + H2O ácido CO2 + H2O H2CO3 Óxido ácido + base sal + H2O CO2 + Ca(OH)2 CaCO3 + H2O CO2 - (gás carbônico) – EFEITO ESTUFA Características dos óxidos ácidos • São formados por não-metais (neste caso, compostos geralmente gasosos) ou por metais com números de oxidação elevados. • São moleculares. • Em geral são solúveis em água. Nomenclatura dos óxidos ácidos Anidrido ................................... (nome do elemento) ico (Nox maior) oso (Nox menor) SO3 – anidrido sulfúrico SO2 – anidrido sulfuroso Quando o elemento forma apenas um anidrido, usa-se a terminação ICO CO2 – anidrido carbônico B2O3 – anidrido bórico ANIDRIDO = sem água H2SO4 H2 O _____ SO3 – Óxidos Anfóteros São os óxidos que podem se comportar ora como óxido básico, ora como óxido ácido. Sendo “indecisos” entre o caráter básico e o caráter ácido, os óxidos anfóteros só irão reagir com outra substância de caráter químico pronunciado: ou ácido forte ou base forte. ZnO óxido básico 2 NaOH base forte 2 HCl ZnCl2 + + H2O ácido forte + ZnO Na2ZnO2 óxido ácido + H2O Os óxidos anfóteros são, em geral, sólidos, moleculares, insolúveis na água e formados: - ou por metais: ZnO; Al2O3; SnO e SnO2; PbO e PbO2 - ou por “semimetais”: As2O3 e As2O5; Sb2O3 e Sb2O5 A nomenclatura é idêntica à dos óxidos básicos: ZnO – óxido de zinco SnO – óxido estanoso ou óxido de estanho II SnO2 – óxido estânico ou óxido de estanho IV Óxidos Indiferentes ou Neutros São óxidos que não reagem nem com água, nem com ácidos, nem com bases. Isso equivale a dizer que eles não apresentam nem caráter ácido nem caráter básico. São poucos os óxidos dessa classe. Os mais comuns são: N2O – óxido nitroso NO – óxido nítrico CO – monóxido de carbono São compostos gasosos, moleculares, formados por ametais. Mas o fato de serem “indiferentes” ou “neutros” não significa que esses óxidos não possam participar de outras reações. O CO, por exemplo queima com muita facilidade:. 2 CO + O2 2 CO2 Óxidos Duplos, Mistos ou Salinos São óxidos que se comportam como se fossem formados por dois outros óxidos, do mesmo elemento químico. Fe3O4 = FeO + Fe2O3 Pb3O4 = 2 PbO + PbO2 São sempre óxidos metálicos, sólidos e de estrutura iônica. A nomenclatura preferida, nesse caso, é: Fe3O4 – tetróxido de triferro Peróxidos São óxidos que reagem com a água ou com ácidos diluídos produzindo água oxigenada. Na2O2 + H2O 2 NaOH + H2O2 Na2O2 + H2SO4 Na2SO4 + H2O2 A nomenclatura é feita com a própria palavra peróxido + o nome do elemento: Na2O2 – peróxido de sódio Os Peróxidos mais comuns são: Peróxidos de hidrogênio: H2O2 Peróxidos dos metais alcalinos: Na2O2, K2O2 Peróxidos dos metais alcalino-terrosos: BaO2, CaO2 O H2O2 é líquido e molecular. Os demais peróxidos são iônicos.O Nox do oxigênio nos peróxidos é -1. Superóxidos São óxidos que reagem com a água ou com ácidos diluídos produzindo água oxigenada (H2O2) e oxigênio. 2 KO2 + 2 H2O 2 KOH + H2O2 + O2 2 KO2 + H2SO4 K2SO4 + H2O2 + O2 A nomenclatura é feita com a própria palavra superóxido + o nome do elemento: KO2 – superóxido de potássio Os superóxidos são sólidos iônicos, formados pelos cátions alcalinos ou alcalino-terrosos. O Nox do oxigênio é -1/2. Óxidos importantes 1) ZnO – óxido de Zinco (Hipoglós) É um sólido branco usado na fabricação de cremes dermatológicos, na indústria de tintas e na galvanização do ferro. 2) Al2O3 – óxido de Alumínio (Bauxita, Alumina) É um sólido muito duro (dureza 9) de onde é extraído por eletrólise o alumínio metálico. Na forma cristalizada é encontrado nas safiras e nos rubis. 3) H2O2 – Peróxido de hidrogênio (água oxigenada) É uma solução aquosa que se decompõe facilmente em presença de luz (fotólise). É utilizada como agente oxidante e bactericida. 4) Fe3O4 – Tetróxido de triferro (magnetita, imã) É um sólido escuro que apresenta características ferro magnéticas. É utilizado na fabricação de caixas de som e aparelhos eletrônicos em geral.