-(1,0 ponto) Explique porque soluções concentradas de ácido sulfúrico e ácido fosfórico são viscosas.
Passo 1
O enunciado pede que eu explique por que soluções concentradas de ácido sulfúrico e ácido fosfórico são viscosas.
Informações relevantes dadas (implícitas na questão):
Informações relevantes dadas (implícitas na questão):
- As substâncias são o ácido sulfúrico,
, e o ácido fosfórico, . - As soluções consideradas são concentradas (pouca água relativa ao soluto).
O objetivo é justificar fisicamente (molecularmente) a alta viscosidade observada nessas soluções.
Passo 2
O que é viscosidade e por que importa aqui.
- Viscosidade é a medida da resistência interna de um fluido ao escoamento; quanto mais “pegajoso”/coeso o fluido, maior a viscosidade.
- Microscopicamente, a viscosidade aumenta quando as partículas (moléculas e íons) interagem fortemente entre si, formando redes, cadeias ou aglomerados que atrapalham o movimento relativo das camadas do líquido.
Exemplo simples: água tem baixa viscosidade porque as suas interações (ligações de hidrogénio) são relativamente dinâmicas e não formam cadeias rígidas; mel tem alta viscosidade porque há muitas interações que prendem as moléculas.
Passo 3
Comportamento do ácido sulfúrico concentrado (
).
-
é um ácido forte e altamente polar; em presença de água sofre ionização:
e em parte:
- Em soluções concentradas há poucas moléculas de água por ácido, então aparecem espécies altamente carregadas e protonadas (por exemplo
, complexos protonados e ânions como e ). - Essas espécies formam fortes interações elétricas (íon–íon e íon–dipolo) e extensas ligações de hidrogénio (cadeias e redes do tipo
). Existem também clusters protonados (espécies do tipo Eigen/Zundel em meios muito ácidos) que tornam a estrutura local muito organizada. - Resultado prático: a presença dessas redes iônicas e de ligações de hidrogénio fortes aumenta muito a coesão entre as camadas do líquido, tornando mais difícil o deslizamento entre camadas — isto é, aumenta a viscosidade.
Analogia: é como tentar mover camadas de gel em que as moléculas estão “coladas” umas às outras por muitas pontes.
Passo 4
Comportamento do ácido fosfórico concentrado (
).
-
tem três grupos (estrutura com e três ), o que permite formar muitas ligações de hidrogénio intermoleculares: cada molécula pode doar e aceitar hidrogénio. - Em solução aquosa há ionização parcial em etapas:
e sucessivas dissociações proporcionais à acidez. Mesmo quando pouca ionização ocorre, as ligações
entre moléculas criam redes de hidrogénio fortes.
- Em concentrações muito altas (e com remoção de água) ocorre tendência à condensação (desidratação) formando polifosfatos, por exemplo:
Esses oligómeros/poliácidos são moléculas maiores, com mais pontos de contato, aumentando ainda mais a viscosidade.
- Conclusão:
concentrado é viscoso principalmente por extensas ligações de hidrogénio intermoleculares e por formação parcial de oligómeros que dificultam o fluxo.
Passo 5
Papel da concentração e da água — por que “concentrado” é decisivo.
- A água age como “lubrificante”: quando há muita água, as moléculas/íons ficam mais separadas, as redes são menos estáveis e as ligações H são mais transitórias → baixa viscosidade.
- Ao aumentar a concentração (menos água relativa), aumentam as interações ácido–ácido, as ligações de hidrogénio múltiplas, a formação de clusters iónicos e a probabilidade de condensação (no caso do fosfórico). Tudo isso aumenta a resistência interna ao escoamento.
- Portanto a viscosidade cresce fortemente com a concentração.
Passo 6
Comparando os dois ácidos e efeito da temperatura.
-
tende a formar redes iónicas muito fortes e espécies protonadas altamente estáveis; por isso, em altas concentrações (por exemplo ) é extremamente viscoso e oleoso. -
também fica viscoso por ligações de hidrogénio e formação de oligómeros, mas o mecanismo envolve mais oligomerização/condensação além da H-bonding. - Aumentar a temperatura quebra parte das ligações de hidrogénio e diminui a viscosidade — comportamento típico em líquidos fortemente associados.
Passo 7
Resumo intuitivo e final (para levar para a prova).
- Viscosidade alta = muita resistência interna ao fluxo.
- Em soluções concentradas de
e isso acontece porque as moléculas e íons se ligam fortemente entre si por ligações de hidrogénio e interações iónicas, formando redes, clusters e (no caso do fosfórico) oligómeros. Essas estruturas impedem o deslizamento das camadas do líquido, aumentando a viscosidade.
Resposta
Soluções concentradas de
e
são viscosas porque, com pouca água, as moléculas e íons estabelecem muitas ligações de hidrogénio e fortes interações ião–dipolo (no caso do ácido sulfúrico formando clusters protonados e ânions como
/
; no caso do ácido fosfórico formando redes
e oligómeros/poliácidos), o que cria redes e agregados que aumentam a coesão interna e dificultam o escoamento.