- Características dos ácidos
- - Propriedades físicas
- - Capacidade de gerar prótons
- - Eles têm hidrogênios pobres em densidade de elétrons
- - Força ou acidez constante
- Medidas
- - Possui bases conjugadas muito estáveis
- - Eles podem ter cargas positivas
- - Suas soluções possuem valores de pH inferiores a 7
- - Capacidade de neutralizar bases
- Ácidos fortes e ácidos fracos
- Exemplos de ácidos
- Haletos de hidrogênio
- Oxoácidos
- Superácidos
- Ácidos orgânicos
- Referências
Os ácidos são compostos com alta tendência de doação de prótons ou aceitação de um par de elétrons. Existem muitas definições (Bronsted, Arrhenius, Lewis) que caracterizam as propriedades dos ácidos, e cada uma delas é complementada para construir uma imagem global desses tipos de compostos.
Da perspectiva acima, todas as substâncias conhecidas podem ser ácidas, no entanto, apenas aquelas que se destacam muito acima das outras são consideradas como tal. Ou seja: se uma substância é um doador de prótons extremamente fraco, em comparação com a água, por exemplo, pode-se dizer que não é um ácido.
O ácido acético, um ácido fraco, doa um próton (íon hidrogênio, destacado em verde) para a água em uma reação de equilíbrio para dar o íon acetato e o íon hidrônio. Vermelho: oxigênio. Preto: carbono. Branco: hidrogênio.
Sendo assim, quais são exatamente os ácidos e suas fontes naturais? Um exemplo típico deles pode ser encontrado dentro de muitas frutas: como os cítricos. As limonadas têm seu sabor característico devido ao ácido cítrico e outros componentes.
A língua pode detectar a presença de ácidos, assim como outros sabores. Dependendo do nível de acidez desses compostos, o sabor torna-se mais intolerável. Dessa forma, a língua funciona como um medidor organoléptico da concentração de ácidos, especificamente a concentração do íon hidrônio (H 3 O +).
Por outro lado, os ácidos não são encontrados apenas nos alimentos, mas também nos organismos vivos. Da mesma forma, os solos apresentam substâncias que podem caracterizá-los como ácidos; tal é o caso do alumínio e outros cátions metálicos.
Características dos ácidos
Que características um composto deve ter, de acordo com as definições existentes, para ser considerado ácido?
Deve ser capaz de gerar íons H + e OH - por dissolução em água (Arrhenius), deve doar prótons para outras espécies com muita facilidade (Bronsted) ou finalmente, deve ser capaz de aceitar um par de elétrons, sendo carregado negativamente (Lewis).
No entanto, essas características estão intimamente relacionadas à estrutura química. Portanto, aprendendo a analisá-lo, sua força de acidez ou de um par de compostos pode ser deduzida qual dos dois é o mais ácido.
- Propriedades físicas
Os ácidos têm um sabor que vale a pena redundar, ácido e seu cheiro costuma queimar as narinas. São líquidos com textura pegajosa ou oleosa e têm a capacidade de mudar a cor do papel de tornassol e laranja de metila para vermelho (Propriedades de Ácidos e Bases, SF).
- Capacidade de gerar prótons
Em 1923, o químico dinamarquês Johannes Nicolaus Brønsted e o químico inglês Thomas Martin Lowry introduziram a teoria de Brønsted e Lowry afirmando que qualquer composto que pode transferir um próton para qualquer outro composto é um ácido (Encyclopædia Britannica, 1998). Por exemplo, no caso do ácido clorídrico:
HCl → H + + Cl -
A teoria de Brønsted e Lowry não explicava o comportamento ácido de certas substâncias. Em 1923, o químico americano Gilbert N. Lewis introduziu sua teoria, na qual um ácido é considerado qualquer composto que, em uma reação química, é capaz de unir um par de elétrons não compartilhados em outra molécula (Encyclopædia Britannica, 1998).
Desta forma, íons como Cu 2+, Fe 2+ e Fe 3+ têm a capacidade de se ligar a pares de elétrons livres, por exemplo, da água para produzir prótons da seguinte maneira:
Cu 2+ + 2H 2 O → Cu (OH) 2 + 2H +
- Eles têm hidrogênios pobres em densidade de elétrons
Para a molécula de metano, CH 4, nenhum de seus hidrogênios é eletronicamente deficiente. Isso ocorre porque a diferença de eletronegatividades entre o carbono e o hidrogênio é muito pequena. Mas se você substituir um dos átomos de H por um de flúor, então não iria ser uma mudança perceptível no momento de dipolo: H 2 FC- H.
H experimenta um deslocamento de sua nuvem de elétrons em direção ao átomo adjacente ligado a F, que é o mesmo, δ + aumenta. Mais uma vez, se outro H é substituído por outro F, então a molécula se torna: HF 2 C- H.
Agora δ + é ainda maior, porque dois átomos de F, densidade de electrões altamente electronegativo que remover o C, e este último, por conseguinte, para o H. Se o processo de substituição continuar finalmente obtido: F 3 C- H.
Nesta última molécula H apresenta, como consequência dos três átomos F vizinhos, uma deficiência eletrônica acentuada. Este δ + não passa despercebido para qualquer espécie rica o suficiente em elétrons para retirar este H e, desta forma, F 3 CH para ficar carregado negativamente:
F 3 C– H +: N - (espécie negativa) => F 3 C: - + H N
A equação química acima também pode ser considerada da seguinte maneira: F 3 CH doa um próton (H +, o H uma vez separado da molécula) para: N; ou, F 3 CH ganha um par de elétrons de H quando outro par é doado para o último de: N -.
- Força ou acidez constante
Quanto F 3 C: - está presente na solução? Ou quantas moléculas de F 3 CH podem doar hidrogênio ácido ao N? Para responder a essas questões, é necessário determinar a concentração de F 3 C: - ou H N e, por meio de uma equação matemática, estabelecer um valor numérico denominado constante de acidez, Ka.
Quanto mais moléculas de F 3 C: - ou HN forem produzidas, mais ácido o F 3 CH será e maior será seu Ka. Desta forma, Ka ajuda a esclarecer, quantitativamente, quais compostos são mais ácidos do que outros; e, da mesma forma, descarta como ácidos aqueles cujos Ka são de uma ordem extremamente pequena.
Alguns Ka podem ter valores em torno de 10 -1 e 10 -5, e outros, valores milionésimos menores, como 10 -15 e 10 -35. Pode-se então dizer que estes últimos, tendo as referidas constantes de acidez, são ácidos extremamente fracos e podem ser descartados como tais.
Então, qual das seguintes moléculas tem o Ka mais alto: CH 4, CH 3 F, CH 2 F 2 ou CHF 3 ? A resposta está na falta de densidade de elétrons, δ +, em seus hidrogênios.
Medidas
Mas quais são os critérios para padronizar as medidas de Ka? Seu valor pode variar enormemente dependendo de quais espécies receberão o H +. Por exemplo, se: N é uma base forte, Ka será grande; mas se, ao contrário, for uma base muito fraca, Ka será pequeno.
As medições Ka são feitas usando a mais comum e mais fraca de todas as bases (e ácidos): água. Dependendo do grau de doação de H + às moléculas de H 2 O, a 25ºC e à pressão de uma atmosfera, são estabelecidas as condições padrão para determinar as constantes de acidez de todos os compostos.
Disto surge um repertório de tabelas de constantes de acidez para muitos compostos, tanto inorgânicos como orgânicos.
- Possui bases conjugadas muito estáveis
Os ácidos têm átomos ou unidades altamente eletronegativos (anéis aromáticos) em suas estruturas químicas que atraem densidades de elétrons dos hidrogênios circundantes, fazendo com que se tornem parcialmente positivos e reativos a uma base.
Assim que os prótons são doados, o ácido se transforma em uma base conjugada; ou seja, uma espécie negativa capaz de aceitar H + ou doar um par de elétrons. No exemplo da molécula CF 3 H, sua base conjugada é CF 3 -:
CF 3 - + HN <=> CHF 3 +: N -
Se CF 3 - for uma base conjugada muito estável, o equilíbrio será deslocado mais para a esquerda do que para a direita. Além disso, quanto mais estável for, mais reativo e ácido será o ácido.
Como você sabe o quão estáveis eles são? Tudo depende de como eles lidam com a nova carga negativa. Se eles puderem deslocar ou difundir a densidade crescente de elétrons de forma eficiente, ela não estará disponível para uso na ligação com a base H.
- Eles podem ter cargas positivas
Nem todos os ácidos têm hidrogênios deficientes em elétrons, mas também podem ter outros átomos capazes de aceitar elétrons, com ou sem carga positiva.
Como é este? Por exemplo, no trifluoreto de boro, BF 3, o átomo B carece de um octeto de valência, então ele pode formar uma ligação com qualquer átomo que dê a ele um par de elétrons. Se um ânion F - redondo em sua vizinhança ocorrer a seguinte reação química:
BF 3 + F - => BF 4 -
Por outro lado, cátions metálicos livres, como Al 3+, Zn 2+, Na +, etc., são considerados ácidos, pois podem aceitar ligações dativas (coordenação) de espécies ricas em elétrons de seu ambiente. Da mesma forma, eles reagem com íons OH - para precipitar como hidróxidos de metal:
Zn 2+ (aq) + 2OH - (aq) => Zn (OH) 2 (s)
Todos eles são conhecidos como ácidos de Lewis, enquanto aqueles que doam prótons são ácidos de Bronsted.
- Suas soluções possuem valores de pH inferiores a 7
Figura: escala de pH.
Mais especificamente, um ácido quando dissolvido em qualquer solvente (que não o neutraliza apreciavelmente), gera soluções com pH inferior a 3, embora abaixo de 7 sejam considerados ácidos muito fracos.
Isso pode ser verificado usando um indicador ácido-básico, como fenolftaleína, indicador universal ou suco de repolho roxo. Aqueles compostos que tornam as cores indicadas para pH baixo, são tratados como ácidos. Este é um dos testes mais simples para determinar a presença deles.
O mesmo pode ser feito, por exemplo, para diferentes amostras de solo de diferentes partes do mundo, determinando assim seus valores de pH para, em conjunto com outras variáveis, caracterizá-los.
E, finalmente, todos os ácidos têm sabores ácidos, desde que não sejam tão concentrados a ponto de queimar irreversivelmente os tecidos da língua.
- Capacidade de neutralizar bases
Arrhenius, em sua teoria, propõe que os ácidos, sendo capazes de gerar prótons, reagem com a hidroxila das bases para formar sal e água da seguinte maneira:
HCl + NaOH → NaCl + H 2 O.
Essa reação é chamada de neutralização e é a base da técnica analítica chamada titulação (Bruce Mahan, 1990).
Ácidos fortes e ácidos fracos
Os ácidos são classificados em ácidos fortes e ácidos fracos. A força de um ácido está associada à sua constante de equilíbrio, portanto, no caso dos ácidos, essas constantes são chamadas de constantes ácidas Ka.
Assim, os ácidos fortes têm uma grande constante de ácido, por isso tendem a se dissociar completamente. Exemplos desses ácidos são o ácido sulfúrico, o ácido clorídrico e o ácido nítrico, cujas constantes de ácido são tão grandes que não podem ser medidas em água.
Por outro lado, um ácido fraco é aquele cuja constante de dissociação é baixa, por isso está em equilíbrio químico. Exemplos desses ácidos são o ácido acético, o ácido láctico e o ácido nitroso, cujas constantes de acidez são da ordem de 10-4. A Figura 1 mostra as diferentes constantes de acidez para diferentes ácidos.
Figura 1: constantes de dissociação ácida.
Exemplos de ácidos
Haletos de hidrogênio
Todos os halogenetos de hidrogênio são compostos ácidos, especialmente quando dissolvidos em água:
-HF (ácido fluorídrico).
-HCl (ácido clorídrico).
-HBr (ácido bromídrico).
-HI (ácido iódico).
Oxoácidos
Oxoácidos são as formas protonadas de oxoanions:
HNO 3 (ácido nítrico).
H 2 SO 4 (ácido sulfúrico).
H 3 PO 4 (ácido fosfórico).
HClO 4 (ácido perclórico).
Superácidos
Os superácidos são a mistura de um forte ácido de Bronsted e um forte ácido de Lewis. Uma vez misturados, formam estruturas complexas onde, segundo certos estudos, o H + "salta" dentro deles.
Seu poder corrosivo é tal que eles são bilhões de vezes mais fortes do que o H 2 SO 4 concentrado. Eles são usados para quebrar grandes moléculas presentes no petróleo bruto, em moléculas menores, ramificadas e com grande valor econômico agregado.
-BF 3 / HF
-SbF 5 / HF
-SbF 5 / HSO 3 F
-CF 3 SO 3 H
Ácidos orgânicos
Os ácidos orgânicos são caracterizados por terem um ou mais grupos carboxílicos (COOH), e entre eles estão:
- Ácido cítrico (presente em muitas frutas)
Ácido málico (de maçãs verdes)
- Ácido acético (de vinagre comercial)
-Ácido butírico (de manteiga rançosa)
-Ácido tartárico (de vinhos)
-E a família dos ácidos graxos.
Referências
- Torrens H. Ácidos e bases duros e moles.. Retirado de: depa.fquim.unam.mx
- Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (3 de maio de 2018). Nomes de 10 ácidos comuns. Recuperado de: Thoughtco.com
- Chempages Netorials. Ácidos e bases: estrutura e comportamento molecular. Retirado de: chem.wisc.edu
- Deziel, Chris. (27 de abril de 2018). Características gerais de ácidos e bases. Ciência. Recuperado de: sciencing.com
- Pittsburgh Supercomputing Center (PSC). (25 de outubro de 2000). Recuperado de: psc.edu.