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TÓPICO REAÇÕES EM SOLUÇÕES AQUOSAS Química para Engenharia AQUOSAS Professores: •Yovanka P. Ginoris •Grace F. Ghesti Ácidos • Dissociação = os íons pré-formados no sólido se separam em solução. • Ionização = uma substância neutra forma íons em solução. • Ácido = substâncias que se ionizam para formar H+ em solução (por exemplo, HCl, HNO3, CH3CO2H, limão, lima, vitamina C). Reações ácido-base vitamina C). • Uma vez que o átomo de hidrogênio possui apenas um e-, H+ é simplesmente um próton. • Ácidos com um próton ácido são chamadosmonopróticos (por exemplo, HCl). • Ácidos com dois prótons ácidos são chamados dipróticos (por exemplo, H2SO4). • Ácidos commuitos prótons ácidos são chamados polipróticos. Conceito de Arrhenius • “Substâncias ácidas são aquelas que em solução aquosa dissociam-se em íons hidrogênios” • “Substâncias básicas são aquelas que em solução aquosa dissociam-se em íons hidroxilas” Reações ácido-base aquosa dissociam-se em íons hidroxilas” No caso dos ácidos fortes tais como H2SO4, HNO3, HCl, HClO4, os quais se ionizam completamente em solução aquosa e fornecem íons hidrogênio (H+), a teoria de Arrhenius funcionava perfeitamente. De modo semelhante, as bases fortes como o NaOH e KOH também se ionizam completamente em solução aquosa e produzem íons hidroxilas (OH-). Conceito de Brønsted-Lowry • “Ácido é definido como um doador de próton” • “Base como um receptor de próton” Esta definição tem uma importante implicação: Uma substância não pode atuar como ácido sem a presença de uma base para aceitar o próton, e vice-versa. Assim, uma reação de um ácido com uma base é, portanto, uma reação de troca de prótons. Se um ácido é simbolizado por HA e a base por B, então Reações ácido-base troca de prótons. Se um ácido é simbolizado por HA e a base por B, então podemos escrever uma equação generalizada ácido-base: HA + B à A- + BH+ Porém, o produto BH+ também é capaz de doar seu novo próton recém adquirido para outro receptor, e é, portanto potencialmente um outro ácido: Ácido1 + Base2 à Base1 + Ácido2 Esta definição conseguiu explicar a basicidade da amônia e a acidez/basicidade de íons formados. Ela aborda tanto a definição de Arrhenius quanto íons e outras substâncias. Conceito de Lewis. Conceito de ácidos e bases duras e moles (baseada na teoria eletrônica) • “Ácido como um receptor de par de elétrons” • “Base é definida como um doador de par de elétrons” Reações ácido-base Conceito de Lewis. Conceito de ácidos e bases duras e moles (baseada na teoria eletrônica) Reações ácido-base A vantagem da definição de Lewis sobre a de Brönsted é que podemos identificar substâncias como ácidos ou bases mesmo quando não há transferência de prótons (o papel do próton é essencial na definição de Brönsted, porque a definição de um ácido ou uma base depende do envolvimento de prótons). Base de Lewis Reações ácido-base C O H H δ+ δ− Sítio polar Ácido de LewisLigação múltipla Ácidos Reações ácido-base HCl HNO3 H3C2OOH Ácidos dipróticos Reações ácido-base (aq)SO(aq)H(aq)HSO (aq)HSO(aq)H(aq)SOH 2 44 442 −+− −+ +↔ +→Primeira etapa Segunda etapa (aq)SO(aq)H(aq)HSO 44 +↔Segunda etapa Soluções aquosas de ácido sulfúrico contêm uma mistura de H+ (aq), HSO4 -(aq) e SO42- (aq) Bases • Bases = substâncias que reagem com os íons H+ formados por ácidos. • Bases mais comuns NaOH, KOH, Ca(OH)2 • Compostos que não contêm íons OH- podem ser bases (amônia – NH3). Reações ácido-base Ácidos e bases fortes e fracos • Ácidos e bases que são eletrólitos fortes são chamados ácidos fortes e bases fortes. – Eles estão completamente ionizados em solução. Reações ácido-base • Ácidos e bases fracas são eletrólitos fracos. – Eles estão parcialmente ionizados em solução. • Os ácidos fortes são mais reativos do que os fracos quando a reatividade depende somente da concentração de H+ (aq). Ácidos Fortes Bases fortes Clorídrico, HCl Hidróxidos dos metais do grupo 1 (LiOH, NaOH, KOH, RbOH, CsOH) Ácidos e bases fortes comuns Reações ácido-base Bromídrico, HBr Hidróxidos dos metais mais pesados do grupo 2 (Ca(OH)2,Sr(OH)2, Ba(OH)2) Iodídrico, HI Clórico, HClO3 Nítrico, HNO3 Sulfúrico, H2SO4 Identificando eletrólitos fortes e fracos Reações ácido-base • Iônico e solúvel em água = eletrólito forte (provavelmente). • Solúvel em água e não-iônico (molecular), mas é um ácido (ou base) forte = eletrólito forte. • Solúvel em água e não-iônico (molecular), e é um ácido ou uma base fraca = eletrólito fraco (H3PO4, H2SO3) • Caso contrário, o composto é provavelmente um não-eletrólito. Reações de neutralização e sais • A neutralização ocorre quando uma solução de um ácido e a de uma base são misturadas: HCl(aq) + NaOH(aq) →H2O(l) + NaCl(aq) Reações ácido-base • Observe que formamos um sal (NaCl) e água. • Sal = composto iônico cujo cátion vem de uma base e o ânion de um ácido. •A neutralização entre um ácido e um hidróxido metálico produz água e um sal. •Uma vez que os íons trocam de contra-íons, as reações de neutralização entre ácidos e hidróxidos metálicos são também reações de metátese. Reações ácido-base com formação de gás •Existem muitas bases além do OH- que reagem com H+ para formar compostos moleculares. •Os íons sulfeto e carbonato podem reagir com H+ de uma maneira similar ao OH−. Reações ácido-base maneira similar ao OH . Equação molecular: 2HCl(aq) + Na2S(aq) →H2S(g) + 2NaCl(aq) Equação iônica simplificada: 2H+(aq) + S2-(aq) →H2S(g) Equação molecular: HCl(aq) + NaHCO3(aq) → NaCl(aq) + H2O(l) + CO2(g) Equação iônica simplificada: H+(aq) + HCO3-(aq) → H2O(l) + CO2(g)