Explique por que uma solução de \mathrm{NH}_{3} apresenta odor irritante de amônia, enquanto que soluções de HCl não apresentam o odor acre deste ácido.

Passo 1

O enunciado pergunta por que uma solução aquosa de \mathrm{NH}_3 apresenta o odor irritante de amônia, enquanto soluções de \mathrm{HCl} não apresentam o “cheiro” acre do ácido.
Informações/condições relevantes que extraí do enunciado:
  • Estamos comparando duas substâncias dissolvidas em água: \mathrm{NH}_3 (amônia) e \mathrm{HCl} (ácido clorídrico).
  • A pergunta busca uma explicação química — ou seja, o porquê físico-químico da diferença de odor entre as soluções.
  • Não há dados numéricos fornecidos no enunciado, então vou usar constantes conhecidas (p. ex. K_b de \mathrm{NH_3} e pK_a de \mathrm{HCl}) e fazer cálculos ilustrativos para explicar o efeito.

Passo 2

Primeiro, uma ideia-chave: como percebemos cheiro?
  • O olfato detecta moléculas voláteis na fase gasosa que atingem os recetores olfativos. Íons dissolvidos (como \mathrm{H_3O^+} ou \mathrm{Cl^-}) não são voláteis e, portanto, não alcançam os recetores na forma iônica — não produzem cheiro diretamente.
  • Conclusão prática: para uma solução cheirar, precisa existir no vapor acima da solução uma fração de moléculas neutras voláteis que escapem para a fase gasosa.

Passo 3

Comportamento químico da amônia em água (o que determina volatilidade). Vou explicar a reação e usar uma conta ilustrativa.
  • Reação de equilíbrio em água:
\mathrm{NH_3} + \mathrm{H_2O} \rightleftharpoons \mathrm{NH_4^+} + \mathrm{OH^-}.
  • A constante de base da amônia é aproximadamente K_b \approx 1,8\times10^{-5} (vou escrever como 1,8\times10^{-5}). Isso mostra que \mathrm{NH_3} é uma base fraca: nem toda a amônia fica na forma iônica \mathrm{NH_4^+}.
  • Interpretação: em solução há coexistência de \mathrm{NH_3} molecular (neutra) e de \mathrm{NH_4^+} (íon). A fração molecular pode ser grande dependendo da concentração e do pH, e essa fração molecular é volátil e pode escapar como gás \mathrm{NH_3} — é essa \mathrm{NH_3} na fase gasosa que causa o odor característico da amônia.
Exemplo numérico simples para fixar a ideia (situação típica de limpeza: solução de amônia ~ 0,1\\ \mathrm{M}):
  • Aproximação: a concentração de \mathrm{OH^-} gerada é x, então K_b=\dfrac{x^2}{0,1-x}. Tomando x\ll0,1,
x\approx\sqrt{K_b\cdot0,1}=\sqrt{1,8\times10^{-5}\cdot0,1}=\sqrt{1,8\times10^{-6}}\approx1,34\times10^{-3}.
  • Isso dá \mathrm{[OH^-]}\approx1,34\times10^{-3}\\ \mathrm{M}, ou \mathrm{pOH}\approx2,87 e \mathrm{pH}\approx11,13.
  • Fração de amônia na forma molecular aproximada:
\frac{[\mathrm{NH_3}]}{[\mathrm{NH_3}]_\text{total}}\approx\frac{0,1-x}{0,1}\approx0,986\\ (\text{≈ }98{,}6\%).
  • Conclusão do exemplo: a maior parte da amônia está na forma molecular \mathrm{NH_3}, volátil, portanto vaporiza e produz odor.

Passo 4

Comportamento químico do ácido clorídrico em água e por que isto evita odor.
  • Reação de ionização em água:
\mathrm{HCl} + \mathrm{H_2O} \rightarrow \mathrm{H_3O^+} + \mathrm{Cl^-}.
  • \mathrm{HCl} é um ácido forte: praticamente 100% dissocia em solução aquosa. Em termos de pK_a, o valor efetivo de pK_a de \mathrm{HCl} é muito negativo (aprox. pK_a\sim-7), o que significa que em praticamente qualquer pH aquoso a forma molecular \mathrm{HCl} é inexistente em quantidades detectáveis — predominam \mathrm{H_3O^+} e \mathrm{Cl^-}.
  • Como dito no Passo 2, íons não são voláteis: \mathrm{H_3O^+} e \mathrm{Cl^-} ficam solvatos fortemente ligados à água (espécies como \mathrm{H_3O^+}\cdot(\mathrm{H_2O})_n), não escapam para a fase gasosa para ativar os recetores olfativos. Logo, uma solução aquosa típica de HCl não libera uma fração significativa de \mathrm{HCl} molecular no vapor e, portanto, não apresenta odor característico de “ácido”.
Exemplo ilustrativo com números (solução 0,1 M):
  • Em diluições comuns o pH de uma solução 0,1\\ \mathrm{M} de HCl é aproximadamente 1. Usando Henderson–Hasselbalch inverso,
\frac{[\mathrm{Cl^-}]}{[\mathrm{HCl}]}\approx10^{\mathrm{pH}-pK_a}=10^{1-(-7)}=10^{8}.
  • Ou seja, a relação indica que a fração de \mathrm{HCl} molecular é da ordem de 10^{-8} — desprezível. Não há moléculas neutras suficientes para formar vapor detectável. (Obs.: em condições extremas, com ácido concentrado e “fumegante”, pode haver liberação de \mathrm{HCl} gasoso e aí sim cheiro/pungência e forte irritação.)

Passo 5

Ligando as duas explicações (resumo físico-químico): volatilidade, ionização e detecção olfativa.
  • Amônia: base fraca → existe uma fração significativa de \mathrm{NH_3} molecular em solução → \mathrm{NH_3} é volátil a temperatura ambiente → \mathrm{NH_3} migra para a fase gasosa e atinge os recetores olfativos → odor forte e irritante.
  • Ácido clorídrico: ácido forte → praticamente toda a substância está dissociada em íons não voláteis ( \mathrm{H_3O^+}, \mathrm{Cl^-}) e fortemente solvados → quase nenhuma molécula neutra \mathrm{HCl} para vaporizar → não há cheiro característico na solução aquosa diluída.
  • Observação prática/aviso: isso não quer dizer que soluções de HCl sejam inofensivas — pelo contrário, mesmo sem “cheiro de ácido” elas irrigam e corroem mucosas; soluções concentradas ou aquecidas podem liberar \mathrm{HCl} gasoso e aí haverá pungência/fumaça.

Passo 6

Um pequeno comentário adicional para fixar e te dar confiança na prova: o que o examinador geralmente espera que você diga em poucas linhas?
  • Diga que olfato só detecta moléculas voláteis; explique que \mathrm{NH_3} em água existe em grande proporção como molécula neutra volátil, enquanto \mathrm{HCl} em água está praticamente totalmente dissociado em íons não voláteis. Se quiser, acrescente um número (p. ex. pKa de \mathrm{NH_4^+} 9{,}25 e K_b(\mathrm{NH_3})\approx1,8\times10^{-5}) para mostrar que você conhece os dados e pode justificar quantitativamente.

Resposta

A solução de \mathrm{NH_3} cheira porque grande parte da amônia está na forma molecular volátil \mathrm{NH_3} que escapa para o ar e ativa os recetores olfativos; já a solução de \mathrm{HCl} não apresenta esse cheiro porque o \mathrm{HCl} está praticamente totalmente dissociado em \mathrm{H_3O^+} e \mathrm{Cl^-} (espécies iónicas fortemente solvadas e não voláteis), de modo que não há moléculas neutras suficientes para vaporizar e ser percebidas (exceto em soluções muito concentradas ou fumegantes).

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