Teoria de Arrhenius

Teoria Completa

Definição de ácido e base

Finalmente chegamos na teoria de Arrhenius, que normalmente estamos mais familiarizados.

A teoria de Arrhenius é uma das mais utilizadas na química inorgânica. No entanto, ela tem uma limitação: só funciona em meio aquoso. Segundo ela:

Ácidos: liberam H + ( H 3 O + ) em meio aquoso.

Bases: liberam O H - em meio aquoso.

Pois é.. Aqui a gente só precisa olhar pra cara/fórmula do sujeito pra dizer se ele é ácido ou base. Por definição, os ácidos não podem liberar nenhum cátion além de H 3 O + (hidrônio) e as bases não podem liberar nenhum ânion além de O H - (hidroxila).

Alguns exemplos de ácidos:

H 2 S O 4 ,   H C N ,   H F ,   H 3 P O 4 ,   H 2 P O 4 ,   H C l O 4 ,   H C l  

E de bases:

N a O H ,   C a ( O H ) 2 ,   N H 4 O H ,   F e ( O H ) 3 ,   K O H ,   M g ( O H ) 2

Alguma coisa em comum?

Normalmente, as bases englobam elementos da esquerda da tabela periódica: os metais (como o N a ,   C a ,   F e ,   K ,   M g ). E nos ácidos vamos encontrar os não-metais, lá da direita da tabela (como o S ,   C ,   N ,   F ,   O ,   C l ). Nos exemplos aí de cima, o N H 4 O H é uma exceção, uma vez que o nitrogênio é não-metálico e forma essa base aí. Mas o nitrogênio também forma ácidos, como o nítrico H N O 3 , ok?

Dissociação x Ionização

Nos ácidos, o hidrogênio está ligado ao oxigênio ou outro elemento não metálico. Normalmente, a diferença de eletronegatividade entre eles é relativamente pequena, o que configura uma ligação covalente.

Por outro lado, nas bases, temos um O H - ligado a metais, cujas eletronegatividades são bem baixas. Assim, a ligação entre O H - e o metal é, predominantemente, iônica.

Quando estão na água, ambos (ácidos e bases) liberam íons. Nas bases, os íons simplesmente se dissociam. Nos ácidos, a gente precisa da formação de íons (ionização), já que, originalmente, a molécula ácida não é iônica.

Ácidos sofrem ionização. Bases sofrem dissociação iônica.

A dissociação de uma base em água pode ser representada assim:

C a ( O H ) 2 → H 2 O C a ( a q ) 2 + + 2 O H ( a q ) -

Ou, mais genericamente:

M e ( O H ) x → H 2 O M e ( a q ) + x + x O H ( a q ) -

Onde M e representa um elemento, normalmente, metálico.

Para um ácido em água, podemos representar a ionização dessa forma:

H C l → H 2 O H ( a q ) + + C l ( a q ) -

É muito comum, no entanto, representar a ionização como uma reação com a água, assim:

H C l + H 2 O → H 3 O ( a q ) + + C l ( a q ) -

Como ácidos e bases de Arrhenius liberam íons em meio aquoso, as soluções deles são eletrólitos: conduzem corrente elétrica.

Força dos ácidos e das bases

A gente analisa a força de ácidos e bases pelos valores de K a e K b dos mesmos: constante ácida e básica desses caras.

Pra falar desssas constantes, no entanto, a gente precisa ter uma base legal de equilíbrio químico, o que a gente vai desenvolver nos próximos capítulos.

Aqui, a intenção é que você tenha uma ideia geral da força dos ácidos e das bases seguindo algumas regrinhas.

Mas o que é um ácido forte?

Se ácido é uma espécie capaz de liberar H + em meio aquoso, um ácido forte é aquele cara que vai liberar bastante H + .

Pra liberar bastante H + o ácido não precisa ter vários “ H ” na fórmula química dele, mas o(s) H (s) que ele tem são liberados facilmente.

Se você colocar 100 moléculas de um ácido A em água e 99 delas liberarem um H + , esse ácido é mais forte do que um ácido B, onde só 70 das 100 moléculas liberaram H + . Ou seja, a força do ácido é relativa ao grau de ionização (𝛼).

α = n ú m e r o   d e   m o l é c u l a s   i o n i z a d a s n ú m e r o   d e   m o l é c u l a s   a d i c i o n a d a s

Normalmente, o grau de ionização é expresso em porcentagem ( α . 100 ). E a força se relaciona com o grau de ionização por:

Analogamente, uma base forte é aquela que libera O H - com facilidade.

Certeza que depois dos exercícios vai ficar tudo mais tranquilo! 😉

Expandir

Exercício Resolvido #1

Unimep – Lista de Química Geral – Introdução à Química Industrial. Questão 06.

Qual a diferença essencial entre um ácido (por exemplo: H F ) e uma base (por exemplo: C a ( O H ) 2 ) quanto ao tipo de ligação química e ao processo que sofrem em água?

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Passo 1

Show! Essa a gente viu juntos né?

E como a gente viu, os ácidos são substâncias majoritariamente moleculares. Ou seja, suas ligação são predominantemente covalentes.

Ao entrarem em contato com a água eles formam íons, num processo chamado ionização.

Já as bases são intrinsicamente iônicas, assim como suas ligações. Como elas já possuem íons, elas não sofrem ionização em água, e sim dissociação iônica, ou seja, seus íons se separam/dissociam na água.

Passo 2

-

Para os exemplos dados, as reações de ionização e dissociação iônica, respectivamente, ficam assim:

H F + H 2 O → H 3 O + + F -

C a ( O H ) 2 → H 2 O C a 2 + + O H -

Resposta

Exercício Resolvido #2

Elaboração própria.

Escreva as equações de ionização ou dissociação dos seguintes compostos:

  1. H B r
  2. H C l O 3
  3. H 2 C O 3
  4. L i O H
  5. B a ( O H ) 2
  6. A l ( O H ) 3
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Passo 1

a) Ionização do H B r :

H B r + H 2 O → H 3 O ( a q ) + + B r ( a q ) -

Passo 2

b) Ionização do H C l O 3 :

H C l O 3 + H 2 O → H 3 O ( a q ) + + C l O 3 ( a q ) -

Passo 3

c) Ionização do H 2 C O 3 :

Aqui o processo é um pouquinho diferente, por causa dos 2 hidrogênios, ok?

A gente vai representar a ionização do primeiro hidrogênio na primeira linha. Depois a ionização do segundo hidrogênio na segunda linha. E na terceira linha vamos fazer a reação global, somando as duas anteriores, cortando o que se repete nos dois lados. Olha aí:

Mas também pode fazer direto!

Passo 4

d) Dissociação do L i O H :

L i O H → H 2 O L i ( a q ) + + O H ( a q ) -

Passo 5

e) Dissociação do B a ( O H ) 2 :

B a ( O H ) 2 → H 2 O B a ( a q ) + 2 + 2 O H ( a q ) -

Passo 6

-

f) Dissociação do A l ( O H ) 3 :

A l ( O H ) 3 → H 2 O A l ( a q ) + 3 + 3 O H ( a q ) -

Resposta

Exercício Resolvido #3

USC – Lista de exercícios de funções inorgânicas. Questão 04.

A sequência de fórmulas que representa, respectivamente, um hidrácido fraco, um hidrácido forte, uma base fraca, um óxido ácido e um óxido básico é:

  1. H 2 S , H B r , N H 4 O H , K 2 O , C a O
  2. H F , H C l , A l ( O H ) 3 , S n O , M g O
  3. H C N , H I , N H 4 O H , S O 3 , B a O
  4. H 3 B O 3 , H C l , K O H , N O 2 , C a O
  5. H C N , H B r , N H 3 , B a O , S O 3
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Passo 1

Termo por termo ali do enunciado:

Hidrácidos são o oposto dos oxiácidos, ou seja, são aqueles ácidos sem oxigênio.

Pela nossa tabela da teoria, tirando H F ,   H C l ,   H B r ,   H I , todos os outros hidrácidos são fracos.

O hidrácidos fortes são apenas H C l ,   H B r   e   H I .

As bases fracas são bases que não tenham metais alcalinos ou alcalinos terrosos (família 1 e 2).

Os óxidos a gente não estudou juntos, mas eles são substâncias formadas por 2 elementos onde um deles é o oxigênio e ele é o mais eletronegativo.

Óxidos básicos reagem com água formando bases e óxidos ácidos reagem com água formando ácidos.

Portanto, óxidos com elementos da esquerda da tabela são óxidos básicos e os com elementos da direita da tabela são óxidos ácidos.

Passo 2

Hora de juntar toda essa informação.

Considerando os itens onde a primeira substância é um hidrácido fraco, podemos descartar o item b, porque o H F é um hidrácido moderado, e o item d, com o H 3 B O 3 , que é um oxiácido.

Prosseguindo, a, c e e seguem na disputa porque H B r e H I são hidrácidos fortes.

Os itens a e c tem N H 4 O H na posição de base fraca, então não conseguimos eliminar nenhum. Tá vendo que o item e tem aquele N H 3 ? É uma base disfarçada! Quando ela entra em contato com a água ela forma o N H 4 O H e vira essa base bem conhecida.

N H 3 + H 2 O → N H 4 O H → H 2 O N H 4 ( a q ) + + O H ( a q ) -

Já na posição de óxido ácido, para os itens a, c e e temos, respectivamente, K 2 O , S O 3 e B a O . B a O e K 2 O são óxidos básicos, com metais das famílias 2 e 1, respectivamente. Então só sobra o S O 3 , que é um óxido ácido porque forma um ácido ao reagir com água:

S O 3 + H 2 O → H 2 S O 4

Já sabemos que a resposta certa é o item c. E pra confirmar, vemos que o B a O é um óxido básico porque forma uma base ao reagir com água.

B a O + H 2 O → B a ( O H ) 2

Resposta

c) H C N , H I , N H 4 O H , S O 3 , B a O

Exercício Resolvido #4

UFS – Físico-Química. Lista do professor Dr. Juvenal Filho. Questão 07.

Dê o nome, ou a fórmula química, conforme o caso, dos seguintes ácidos:

  1. H B r O 3
  2. H B r
  3. H 3 P O 4
  4. Ácido hipocloroso
  5. Ácido iódico
  6. Ácido sulfuroso
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Passo 1

Acho que essas duas tabelinhas podem nos ajudar aqui:

Passo 2

a) O bromo é da família do cloro e a nomenclatura dos seus ânions segue a mesma regra. Portanto: B r O - é o hipobromito, B r O 2 - é o bromito, B r O 3 - é o bromato e o B r O 4 - é o perbromato.

Lembrando que se o ânion termina com ato o ácido termina com ico (“teimoso mosquito no bico do pato”), o H B r O 3 é o ácido brômico.

Passo 3

b) Quando não tem oxigênio é mais fácil: termina com ídrico.

Portanto, o H B r é o ácido bromídrico.

Passo 4

c) O P O 4 - 3 tá na nossa tabelinha. Ele é o fosfato. Por isso, o H 3 P O 4 é o ácido fosfórico.

Passo 5

d) O ácido hipocloroso é aquele capaz de liberar o ânion hipoclorito. Dando aquela espiada na tabela, a gente descobre que ele fica assim: H C l O .

Passo 6

e) O ácido iódico termina em ico, portanto, seu ânion termina em ato e é o iodato. O iodo também é da família do cloro e seus ânions seguem aquela mesma regrinha que já vimos pro bromo: : I O - é o hipoiodito, I O 2 - é o iodito, I O 3 - é o iodato e o I O 4 - é o periodato.

Assim, o ácido iódico é o H I O 3 .

Passo 7

f) O ácido sulfuroso termina em oso, portanto seu ânion termina em ito: é o sulfito. Pela tabela, o sulfito é o S O 3 2 - e, assim, o ácido sulfuroso é o H 2 S O 3 .

Resposta

  1. H B r O 3 : ácido brômico
  2. H B r : ácido bromídrico
  3. H 3 P O 4 : ácido fosfórico
  4. Ácido hipocloroso: H C l O
  5. Ácido iódico: H I O 3
  6. Ácido sulfuroso: H 2 S O 3

Exercício Resolvido #5

Unimep – Lista de exercícios de introdução à química industrial. Questão 14.

Use a tabela de cátions para dar nomes às bases:

  1. C o ( O H ) 2
  2. B i ( O H ) 3
  3. F e ( O H ) 2
  4. M g ( O H ) 2
  5. K O H
  6. C s O H
  7. B a ( O H ) 2
  8. C u O H
  9. N i ( O H ) 3
  10. N a O H
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Passo 1

a) O cobalto tá entre aqueles cátions que tem NOX variável entre +2 e +3 (acontece para o Fe, Co, Ni, Cr). O cátion de NOX menor (+2) recebe o sufico OSO e o de NOX maior (+3) recebe sufixo ICO.

Assim, como no C o ( O H ) 2 o cobalto tá com NOX +2, ele é o cobaltoso e a base recebe o nome de hidróxido cobaltoso ou hidróxido de cobalto II.

Passo 2

b) O bismuto aparece nos estados de oxidação +3 e +5. Como B i + 3 é o de menor NOX, ele recebe o nome de bismutoso.

Assim a base é chamada de hidróxido bismutoso ou hidróxido de bismuto III.

Passo 3

c) O ferro tá naquele grupo de NOX +2/+3. No item c ele aparece com seu NOX menor, sendo o cátion ferroso.

Portanto, F e ( O H ) 2 é o hidróxido ferroso ou hidróxido de ferro II.

Passo 4

d) O magnésio é da família dos alcalinos terrosos (segunda família da tabela periódica) e esses caras tem NOX fixo +2 (por causa da configuração eletrônica deles terminada em n s 2 ). Como ele tem NOX fixo, a gente não precisa informar o NOX dele no nome da base. Ele só forma essa base mesmo.

O nome fica só e simplesmente hidróxido de magnésio.

Passo 5

e) O mesmo acontece para o potássio ( K ). Como ele é da família 1, a dos metais alcalinos, ele tem NOX fixo +1. E o nome da base dele é só hidróxido de potássio.

Passo 6

f) Embora seja menos popular que o K , o césio ( C s ) também é um metal alcalino e, portanto, tem NOX fixo +1.

Por isso o nome da sua base fica apenas hidróxido de césio.

Passo 7

g) Outro cara de NOX fixo. O bário pe da família dos alcalinos terrosos e só pode ter NOX +2. Por isso a gente não precisa informar de “que bário” estamos falando. É hidróxido de bário e só.

Passo 8

h) O cobre pode ter NOX +1 ou +2. No item h ele aparece com NOX +1, sendo o cátion cuproso. Assim, a base recebe o nome de hidróxido cuproso ou hidróxido de cobre I.

Passo 9

i) O níquel tá no grupo dos +2/+3. Como aqui ele tá com NOX +3, ele é o niquélico, caso contrário seria o niqueloso. Então temos o hidróxido niquélico ou hidróxido de níquel III.

Passo 10

j) O N a é o nosso tão querido sódio. E como ele é metal alcalino, tem NOX fixo e o nome da base fica hidróxido de sódio e mais nada.

Resposta

  1. C o ( O H ) 2 : hidróxido cobaltoso ou hidróxido de cobalto II
  2. B i ( O H ) 3 : hidróxido bismutoso ou hidróxido de bismuto III
  3. F e ( O H ) 2 : hidróxido ferroso ou hidróxido de ferro II
  4. M g ( O H ) 2 : hidróxido de magnésio
  5. K O H : hidróxido de potássio
  6. C s O H : hidróxido de césio
  7. B a ( O H ) 2 : hidróxido de bário
  8. C u O H : hidróxido cuproso ou hidróxido de cobre I
  9. N i ( O H ) 3 : hidróxido niquélico ou hidróxido de níquel III
  10. N a O H : hidróxido de sódio

Exercício Resolvido #6

Elaboração própria

Sabe-se que, ao adicionar 50,0 mols de certo ácido em água, 31,6 mols sofrem ionização, liberando H 3 O + no meio. Verifique se o ácido em questão é fraco, moderado ou forte.

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Passo 1

A gente vai verificar a força desse ácido através do grau de ionização, beleza?

α = n ú m e r o   d e   m o l é c u l a s   i o n i z a d a s n ú m e r o   d e   m o l é c u l a s   a d i c i o n a d a s

α = 31,6 50,0 = 0,63

O que significa que 63% das molécula adicionadas sofreram ionização.

Passo 2

Pela regrinha:

Um ácido com grau de ionização 0,63 (63%) é considerado um ácido forte.

Resposta

Ácido forte.

Exercício Resolvido #7

Unimep – Lista de exercícios de Introdução à Química Industrial. Questão 17.

Quantidades adequadas de hidróxido de magnésio podem ser usadas para diminuir a acidez estomacal. Qual ácido presente no estômago é o principal responsável pelo baixo pH do suco gástrico? Escreve a equação da reação entre esse ácido e o hidróxido de magnésio.

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Passo 1

Primeiramente, em primeiro lugar e antes de mais nada, a gente precisa saber qual é principal ácido presente no nosso estômago.

Bem, esse cara é o H C l , nosso célebre ácido clorídrico.

Passo 2

Agora pra fazer a reação de neutralização precisamos saber como é a fórmula do hidróxido de magnésio. O magnésio é da família II, a dos metais alcalinos terrosos.

Mas como lembrar disso?

Existem várias frases mnemônicas pra decorar as principais famílias da tabela periódica.

Você pode escolher as suas preferidas perguntando pro tio Google. Caso você queira uma sugestão:

Hoje Li Na Kama Robinson Crusoé em Francês, para a família dos metais alcalinos.

Beba Magnésio e Calcio Sr. BaRata, para a família dos metais alcalinos terrosos.

Portanto, o magnésio é da família dos alcalinos terrosos e, com NOX +2, forma o hidróxido de magnésio com a seguinte fórmula: M g ( O H ) 2 .

Passo 3

E a reação de neutralização total entre H C l e M g ( O H ) 2 fica:

2 H C l + M g ( O H ) 2 → M g C l 2 + 2 H 2 O

Resposta

Ácido clorídrico.

2 H C l + M g ( O H ) 2 → M g C l 2 + 2 H 2 O

Exercício Resolvido #8

Elaboração própria.

Monte as reações de neutralização pedidas abaixo:

  1. Neutralização total do ácido sulfrídrico com hidróxido de sódio.
  2. Neutralização parcial do ácido sulfídrico com hidróxido de sódio.
  3. Neutralização total do hidróxido de cálcio com ácido nítrico.
  4. Neutralização parcial do hidróxido de cálcio com ácido nítrico.
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Passo 1

a) Pelo nome do ácido sulfídrico a gente vê que ele é um hidrácido. Ou seja, ele não tem oxigênio: é hidrogênio e enxofre e mais nada. Como enxofre é da família dos calcogênios, ele tem a forte tendência de formar ânions com carga - 2 . Por isso o sulfeto é o S 2 - e o ácido sulfídrico é o H 2 S .

E o hidróxido de sódio é o já conhecido nosso N a O H .

Como o H 2 S tem dois prótons e o N a O H só tem uma hidroxila, a gente precisa de dois mols de N a O H pra neutralizar cada mol de H 2 S . E a reação de neutralização total entre esses caras fica assim:

H 2 S + 2 N a O H → N a 2 S + 2 H 2 O

Passo 2

b) Na neutralização parcial do ácido, a gente não tem base suficiente pra fazer a neutralização total e acaba formando um hidrogenossal:

H 2 S + N a O H → N a H S + H 2 O

Passo 3

c) O hidróxido de cálcio é o C a ( O H ) 2 , uma vez que o cálcio é da família dos metais alcalinos terrosos e seu cátion tem NOX fixo + 2 .

Já o ácido nítrico é formado a partir do ânion nitrato que, como você pode conferir na nossa tabelinha, é o N O 3 - . Logo, o ácido nítrico é o H N O 3 .

A reação de neutralização total entre esses caras deve envolvere 2 moles de ácido nítrico para cada mol de hidróxido de cálcio, conforme:

2 H N O 3 + C a ( O H ) 2 → C a ( N O 3 ) 2 + 2 H 2 O

Passo 4

d) E pra reação de neutralização parcial da base, a gente não tem ácido suficiente pra neutralizar todos os O H s da base e acaba formando um hidroxissal, assim:

H N O 3 + C a ( O H ) 2 → C a O H N O 3 + H 2 O

Resposta

a) H 2 S + 2 N a O H → N a 2 S + 2 H 2 O

b) H 2 S + N a O H → N a H S + H 2 O

c) 2 H N O 3 + C a ( O H ) 2 → C a ( N O 3 ) 2 + 2 H 2 O

d) H N O 3 + C a ( O H ) 2 → C a O H N O 3 + H 2 O

Exercício Resolvido #9

UFPR – Lista II de exercícios de Química Geral. Prof. Eduardo Lemos de Sá. Questão 02.

Qual é o volume de solução de H 2 S O 4 0,0142   m o l . L - 1 que deverá reagir completamente com uma mistura de 125   m L de solução aquosa de N a O H   0,106   m o l . L - 1 com 145   m L de uma solução aquosa de B a ( O H ) 2   0,0654   m o l . L - 1 ?

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Passo 1

Essa questão envolve neutralização e estequiometria né?

A gente vai começar calculando o número de mols de N a O H   e   B a ( O H ) 2 presentes.

Calculado isso, vamos ver quanto mols de H 2 S O 4 precisamos para reagir completamente, ou seja, em uma neutralização total, com nossas bases.

Com isso, calculamos o volume de ácido necessário.

Precisamos prestar uma atenção especial no fato de que o hidróxido de sódio tem apenas uma hidroxila por mol, enquanto o hidróxido de bário tem duas e o ácido sulfúrico produz dois hidrônios ( H 3 O + ) por mol.

Passo 2

Bora lá. Quantos mols de N a O H a gente tem em 125   m L de uma solução que tem 0,106 mols de N a O H por litro de solução?

Regra de três:

x = 0,106   .   0,125 = 0,01325   m o l = 1,325 . 10 - 2   m o l

Então temos 1,325 . 10 - 2   m o l s de N a O H .

Passo 3

Agora vamos calcular quantos mols de B a ( O H ) 2 a gente tem em 145   m L de solução, se em 1 litro a gente tem 0,0654   m o l s .

x = 0,0654   .   0,145 = 9,483 . 10 - 3 m o l

Então temos 9,483.1 0 - 3   m o l s de B a ( O H ) 2 . Mas o que a gente vai neutralizar são os O H - . E cada mol de B a ( O H ) 2 tem dois mols de O H - , certo? Então teremos 1,897.10 - 2   m o l s de O H - oriundos do hidróxido de bário pra neutralizar.

2   .   9,483.1 0 - 3 = 1,897.10 - 2

Passo 4

A quantidade de H + que vamos precisar pra neutralizar essas hidroxilas é igual a soma das hidroxilas do N a O H com as hidroxilas do B a ( O H ) 2 .

t o t a l   d e   h i d r o x i l a s = 1,325.1 0 - 2 + 1,897.1 0 - 2 = 3,222.1 0 - 2   m o l

Beleza! Então precisamos de 3,222.1 0 - 2 mols de H + . Como cada mol de ácido sulfúrico tem dois mols de H + , a quantidade de ácido sulfúrico requerida será:

3,222.1 0 - 2 2 = 1,611.1 0 - 2   m o l s   d e   H 2 S O 4

Passo 5

Por (mais uma) regra de três, vamos calcular quantos m L da solução de H 2 S O 4 vamos utilizar pra ter 1,611.1 0 - 2   m o l s   d e   H 2 S O 4 .

Como a concentração da solução de ácido sulfúrico é dada como 0,0142   m o l . L - 1 , sabemos que em 1 litro de solução temos 0,0142