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FRENTE
A
QUÍMICA Por falar nisso Os materiais em contato com o meio ambiente sofrem transformações que podem ser classificadas em químicas ou físicas. As mudanças de estado, por exemplo, são transformações físicas; já o enferrujamento de um material é uma transformação química. Na imagem de abertura dessa página, vemos o fogo obtido na reação de combustão. A combustão é uma transformação química em que um comburente (geralmente o oxigênio) reage com um combustível. Algumas das evidências de uma reação de combustão são a liberação de calor e a formação de substâncias gasosas. Nas reações de combustão completas de hidrocarbonetos (componentes da gasolina, óleo diesel, por exemplo) são produzidos dióxido de carbono gasoso e vapor d´água. Para representar uma transformação química, utilizamos uma linguagem padrão, a equação química devidamente balanceada pelos seus coeficientes estequiométricos. Nas próximas aulas, estudaremos os seguintes temas
A09 A10 A11 A12
Transformações da matéria........................................................... 220 Classificação das reações químicas............................................... 224 Reação de combustão.................................................................... 228 Balanceamento de equações por tentativas................................. 231
FRENTE
A
QUÍMICA
MÓDULO A09
ASSUNTOS ABORDADOS nn Transformações da matéria nn Identificando uma transformação
Um material pode ser uma substância ou uma mistura de substâncias. Uma barra de ferro que constitui a grade de proteção de uma casa, por exemplo, é uma mistura de substâncias, ou seja, é uma liga metálica. Quando exposta ao meio ambiente, essa barra metálica sofre diversas transformações. A exposição ao sol, à chuva e à atmosfera (presença de oxigênio) produz alterações na barra metálica. O oxigênio do ar atmosférico é capaz de reagir com o ferro produzindo um pó de cor avermelhada, chamado de ferrugem. Essa transformação é classificada como química, pois altera a constituição química da matéria. Ao mesmo tempo, o aquecimento da barra de ferro, em um dia ensolarado, não altera a constituição química da barra, mas altera o seu comprimento, devido à dilatação. Nesse caso, temos uma transformação física.
Fonte: pixabay / Eugene Brennan
nn Equação química
TRANSFORMAÇÕES DA MATÉRIA
Figura 01 - O enferrujamento é uma transformação química da matéria.
Identificando uma transformação Considere, por exemplo, a fusão do gelo e a queima do enxofre. A queima do enxofre envolve interação do enxofre com o oxigênio do ar. Alguns sinais indicativos dessa interação podem ser descritos, tais como, mudança de cor, aparecimento de luz e formação de gás. A esses sinais chamamos de evidências. Em geral, é a partir da observação de evidências que podemos concluir que houve interação geradora de transformação. As características observadas no início constituem o que chamamos de estado inicial. Aquelas observadas ao término do estudo formam o estado final.
220
Evento
Sistema
Estado inicial
Estado final
Evidências de transformação
Combustão do enxofre
Enxofre, oxigênio do ar e calor
Pó amarelo
Gás com odor sufocante e chama azulada
Líquido incolor
Fusão do gelo
Gelo e calor do ambiente (ou fogo)
Sólido transparente escorregadio
Produção de gás e de luz
Mudança do estado sólido para o estado líquido
Transformações químicas Para os químicos, os estados inicial e final de uma transformação são identificados por uma linguagem padrão. O estado inicial é chamado de reagente; o estado final, de produto. Entre os dois estados, indicando que houve uma transformação, colocamos uma seta.
Reagentes
Transformação →
Produtos
Para o processo de combustão do enxofre podemos dizer que:
Figura 02 - A reação de combustão do ferro sob a forma de palha de aço é rápida e libera grande quantidade de energia sob a forma de luz e calor.
Equação química Para representar uma transformação química, utilizamos a equação química. Devemos lembrar que a equação química é uma linguagem universal e por isso devemos seguir a convenção padrão, ou seja, representar os reagentes reacionais e seus estados físicos; representar o produto da reação e seu estado físico. Para separar os reagentes dos produtos, deve-se utilizar uma seta. Para simplificar o processo de representação de queima do aço, consideraremos como reagente apenas o ferro e como produto formado, o óxido de ferro II ou óxido ferroso.
nn O
enxofre é uma substância representada por S8;
Assim, temos:
nn O
oxigênio é uma substância representada por O2.
nn reagente:
Essas duas substâncias constituem os reagentes da reação. O produto da reação que ocorre entre o enxofre e o oxigênio é um gás de odor sufocante, que podemos representar por SO2 (dióxido de enxofre). Assim, o processo pode ser representado por: Reagentes Produtos Enxofre + Oxigênio Gás de odor sufocante ⇓ ⇓ ⇓ Transformação química S8 (s) + O2 (g) → SO2 (g)
Para mais um exemplo, vamos representar o processo reacional de combustão de palha de aço. O aço, uma liga de ferro (Fe) e carbono (C), é um material que, dependendo da forma de apresentação, tem baixo poder de combustão. Sob a forma de barra, a reação de combustão do aço é praticamente inexistente. Contudo, sob a forma de palha de aço, o processo reacional de queima apresenta alta velocidade. Isso decorre da superfície de contato entre o combustível (palha de aço) e o comburente (oxigênio atmosférico).
nn produto:
ferro e carbono.
óxido de ferro II ou óxido ferroso.
Assim, podemos escrever a equação da seguinte forma: Reagentes Fe ( s ) + O2 ( g )
→
Produtos FeO ( s )
Transformações físicas Não podemos nos esquecer de que as transformações físicas não alteram a estrutura química da matéria. É por isso que a substância que aparece nos reagentes é a mesma que aparece nos produtos. A mudança é apenas de estado físico. Gelo
Estado Inicial
⇓ Transformação Física H2O(s) →
Final Estado Líquido incolor
⇓ H2O()
Para mais um exemplo, utilizaremos a fusão do ferro. Em condições ambientes, o ferro se encontra no estado sólido. Ao ser aquecido, absorve calor e muda do estado sólido para o líquido. O processo pode ser representado da seguinte forma: Transformação Física Fe(s) → Fe()
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A09 Transformações da matéria
Particularmente, a química se preocupa em estudar as transformações que ocorrem com a mudança da estrutura química da matéria, ou seja, os eventos que produzem novos materiais. Observando o quadro anterior, podemos dizer que a transformação do enxofre do estado inicial (pó amarelo) ao estado final (gás com odor sufocante) caracteriza uma transformação química; já a fusão do gelo caracteriza uma transformação física – o material constituinte do gelo e do líquido incolor continua sendo a água, houve apenas mudança de estado físico.
Fonte: wikipedia / Violetbonmua
Ciências da Natureza e suas Tecnologias
Química
Exercícios de Fixação 01. (UFPE) Considere as seguintes tarefas realizadas no dia a dia de uma cozinha e indique aquelas que envolvem transformações químicas. 01. aquecer uma panela de alumínio; 02. acender um fósforo; 03. ferver água; 04. queimar açúcar para fazer caramelo; 05. fazer gelo. 02-04 02. (UFPI) Classifique as transformações a seguir em fenômenos físicos ou fenômenos químicos: I. dissolução do açúcar em água; II. envelhecimento de vinho; III. preparação de cal a partir do calcário. a) físico, físico e químico, respectivamente b) físico, químico e físico, respectivamente c) físico, químico e químico, respectivamente d) químico, físico e físico, respectivamente e) químico, químico e físico, respectivamente
A09 Transformações da matéria
03. (Furg RS) Assinale a alternativa correta para a seguinte pergunta: Um pedaço de magnésio ficará mais ou menos “pesado”, após sua queima? a) Mais, pois o metal sofre uma alteração que o deixa tal como “adormecido”. b) Menos, pois uma parte do metal é liberada numa combustão completa. c) Mais, pois o oxigênio é incorporado formando o óxido do metal. d) Menos, pois uma parte da massa se transforma em energia, segundo Einstein. e) Nem mais nem menos – a massa não sofre alteração numa transformação química, segundo Lavoisier. 04. (Uespi PI) Toda ocorrência capaz de transformar a matéria é chamada de fenômeno. Qual dos processos abaixo envolve transformação química? a) Respiração b) Evaporação do álcool c) Fusão de uma placa de chumbo d) Dissolução de açúcar em água e) Sublimação do gelo seco (CO2 sólido) 05. (UFPE) Atualmente, muito se tem falado sobre o aquecimento global. Pesquisadores do clima mundial afirmam que esse aquecimento está ocorrendo em função do aumento de poluentes, principalmente de gases derivados da queima de combustíveis (1) fósseis na atmosfera. Como consequência desse fenômeno, temos observado o derretimento das
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calotas polares (2), uma maior evaporação das águas dos oceanos (3), a morte de espécies animais e vegetais, etc. Os fenômenos 1, 2 e 3 são, respectivamente: a) químico, químico e químico. b) físico, físico e físico. c) químico, químico e físico. d) químico, físico e físico. e) físico, químico e químico. 06. (UECE) Analise os itens a seguir e escreva nos parênteses F quando se tratar de um fenômeno físico ou Q quando se tratar de um fenômeno químico. ( ) A fervura da água a 100 °C. ( ) A obtenção do oxigênio líquido a partir do ar atmosférico. ( ) O cozimento de um ovo em uma panela de pressão. ( ) O amadurecimento de uma fruta na árvore. ( ) A permanência do óleo de cozinha na fase de cima de um recipiente com água a que foi adicionado. A sequência correta de cima para baixo é a) F, Q, F, F, Q. b) F, Q, F, Q, F. c) Q, F, Q, F, Q. d) F, F, Q, Q, F. 07. (Puc RS) O modo como as reações químicas são realizadas pode afetar várias de suas características, como a velocidade ou o rendimento. Um exemplo é a reação de combustão do carvão, que é realizada de maneira muito diferente nas churrasqueiras e nas usinas termelétricas. Uma das diferenças é que as termelétricas usam carvão mineral, cuja composição química é distinta da do carvão vegetal empregado para churrasco. Outra diferença é que as termelétricas trituram o carvão, formando um pó. A partir dessa informação, é correto afirmar: a) É mais difícil queimar carvão em blocos grandes do que carvão em pó, porque a superfície de contato entre os reagentes é muito menor no caso do carvão em blocos. b) A queima de carvão em pó, por ser mais rápida, libera mais calor do que a queima do mesmo tipo de carvão na forma de blocos. c) A queima de carvão em uma atmosfera de oxigênio puro ocorreria mais depressa do que em ar atmosférico, pois a maior quantidade de moléculas de oxigênio faz com que a energia de ativação da reação fique mais baixa. d) Quando as pessoas põem fogo no carvão da churrasqueira com ajuda de álcool ou outros materiais facilmente inflamáveis, estão na realidade empregando catalisadores. e) A queima de carvão é um processo exotérmico, pois esse processo tem ∆H positivo.
Ciências da Natureza e suas Tecnologias
Exercícios Complementares
02. (Uesp PI) Um estudante listou os seguintes processos como exemplos de fenômenos que envolvem reações químicas: 1) Uma fotografia colorida exposta ao sol desbota. 2) Água sanitária descolora uma jaqueta vermelha. 3) O filamento de uma lâmpada acesa passa de cinza para amarelo incandescente. 4) Uma maçã cortada escurece com o passar do tempo. 5) O sal é obtido por evaporação da água do mar. 6) Bolinhas de naftalina vão diminuindo de tamanho. Quantos equívocos o estudante cometeu? a) 0 b) 1 c) 2 d) 3 e) 4 03. (UFSC) Três sólidos diferentes, A, B, e C são aquecidos, isoladamente, em recipientes abertos e a seguir são esfriados. A adquire peso, B perde peso e C não altera seu peso. Assinale as alternativas corretas: 01. A é um material que pode ter sofrido reação química. 02. B poderá ser uma mistura onde um dos componentes foi isolado. 04. A e B podem ter sofrido reações químicas. 08. Se C não alterou seu peso nem suas propriedades químicas, não sofreu reação química. 01-02-04-08 04. (FCChagas BA) Podemos separar a limalha de ferro, quando ela se encontra em mistura com flor de enxofre, por meio de um ímã. Após aquecer intensamente a mistura, ela não é mais atraída pelo ímã. Esse fato deve ser explicado da seguinte maneira: a) O ferro, uma vez aquecido, perde temporariamente suas característica magnética. b) Houve reação entre o ferro e o enxofre, formando composto não magnético. c) O enxofre fundido, ao resfriar, revestiu as partículas de ferro, isolando-as da atração magnética. d) A volatilização do enxofre torna o ferro não magnético. 05. (UFRGS RS) Entre as transformações citadas a seguir, aquela que não representa um fenômeno químico é:
a) o cozimento de um ovo b) a queima do carvão c) o amadurecimento de uma fruta d) o azedamento do leite e) a formação de orvalho 06. (UEG GO) Por volta de 1400 a.C., um povo vivia na Anatólia, região do Oriente Médio, hoje ocupada pela Turquia. Esse povo, denominado hitita, conseguiu aperfeiçoar a técnica da metalurgia do ferro. Eles aprenderam que, para retirar as impurezas do ferro e obter um material mais resistente e maleável, deveriam aquecer, martelar e resfriar várias vezes. Os hititas conquistaram e dominaram um vasto império por dois séculos. Esse período ficou conhecido como a “idade do ferro”. A prática da metalurgia gerou fontes de informações sobre as transformações químicas. Considere as afirmativas abaixo: I. Metalurgia é a técnica de transformar um minério em um metal ou mistura de metais. II. A queima ou combustão de qualquer minério na presença de oxigênio é uma transformação física. III. A fusão do ferro é uma transformação física com absorção de energia; portanto, um processo endotérmico. IV. Toda a combustão só se inicia mediante o fornecimento externo de calor, sendo, por isso, um processo endotérmico. V. A equação da reação de combustão do ferro metálico é: 4Fe(s) + 3O2(g) → 2Fe2O3(s) ∆
Marque a alternativa CORRETA: a) As afirmativas I, III e V são verdadeiras. b) As afirmativas I, II e IV são verdadeiras. c) As afirmativas II e V são verdadeiras. d) As afirmativas II, IV e V são verdadeiras. e) Apenas as afirmativas I e II são verdadeiras. 07. (Unimontes MG) As equações abaixo representam transformações que ocorrem na natureza: gelo → água líquida mármore + chuva ácida → gesso + água + gás carbônico madeira + ar → carvão + gás carbônico + água Sobre essas transformações, é CORRETO afirmar que: a) A transformação física apresentada ocorre com liberação de energia. b) A transformação química requer energia para que ocorra; a física, não. c) A formação de gases evidencia a ocorrência de reação química. d) A água líquida é obtida apenas a partir de transformação química.
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A09 Transformações da matéria
01. (Ufscar SP) Utilizando um exemplo de situação do cotidiano, um jovem estudante deseja explicar à sua família o que é que se entende por fenômeno químico. Entre as situações indicadas a seguir, é correto escolher como exemplo a) o borbulhar de gás quando se abre um refrigerante. b) o brilho de pedras quando polidas com cera de parafina. c) o aroma que exala de uma carne assando na churrasqueira. d) a espuma que se forma na lavagem das mãos com sabonete. e) a mudança de cor quando se adiciona café a uma xícara de leite.
FRENTE
A
QUÍMICA
MÓDULO A10
ASSUNTOS ABORDADOS nn Classificação das reações nn Reação de decomposição ou análise nn Reação de pirólise nn Reação de síntese ou de adição nn Reação de deslocamento ou simples troca nn Reação de dupla troca
CLASSIFICAÇÃO DAS REAÇÕES Uma transformação química é um fenômeno que altera a constituição química do material. Nesse processo, os reagentes são transformados em novas substâncias chamadas produtos. Dependendo da forma como essa transformação ocorre, podemos classificá-la em reações de decomposição ou análise, síntese, deslocamento, reação de neutralização e outras.
Reação de decomposição ou análise As reações químicas de decomposição são aquelas em que uma substância química é transformada em dois ou mais produtos. Por exemplo, o carbonato de cálcio (CaCO3) ao ser aquecido sofre decomposição formando o óxido de cálcio (CaO) e o dióxido de carbono (CO2). A representação desse processo é feita pela equação química a seguir. CaCO3(s) → CaO(s) + CO2(g)
Reação de pirólise Quando um processo de decomposição de uma substância ocorre devido ao aquecimento, o processo pode ser chamado de pirólise, ou seja, quebra de um material por aquecimento. A decomposição do carbonato de cálcio ocorre por aquecimento, portanto, trata-se de uma reação de pirólise. O símbolo de aquecimento é feito utilizando-se a letra grega delta maiúscula sob ou sobre a seta que separa os reagentes dos produtos. A seguir, temos exemplos de reações de pirólise do carbonato de cálcio (CaCO3) e do cloreto de amônio (NH4C).
→ CaO(s) + CO2(g) CaCO3 (s) ∆ → NH3(g) + HC (g) NH4C(s) ∆
Reação de síntese ou de adição Nas reações de síntese, duas ou mais substâncias reagem para formar uma única substância. De certa forma, podemos dizer que se trata de um processo inverso ao da decomposição ou análise. Por exemplo, o processo de síntese do carbonato de cálcio pode ser representado a partir da reação do óxido de cálcio com o dióxido de carbono. A seguir, temos as reações de síntese do carbonato de cálcio (CaCO3), do cloreto de amônio (NH4C) e a síntese do ácido sulfúrico (H2SO4). CaO(s) + CO2(g) → CaCO3(s) HC(g) + NH3(g) → NH4C(s) SO3(g) + H2O() → H2SO4(aq)
Reação de deslocamento ou simples troca Uma reação química é classificada como deslocamento quando uma substância simples reage com uma substância composta formando duas novas substâncias. Geralmente, essas transformações são observadas quando um metal reage com um ácido. Por exemplo, na reação do ácido clorídrico com zinco metálico, há uma transformação química que se dá por deslocamento do hidrogênio do ácido pelo zinco. Zn(s) + 2 HC(aq) → ZnCl2(aq) + H2(g) 224
Ciências da Natureza e suas Tecnologias
Reação de dupla troca entre base e sal A seguir, temos duas reações de dupla troca entre uma base e um sal. As evidências de que essas transformações ocorrem estão na formação de uma base insolúvel e/ou de um sal insolúvel. Essas transformações, bem como a solubilidade de compostos inorgânicos, serão estudadas em aulas posteriores. 6 NaOH(aq) + 2 FeCN3 (aq) → 2 Fe(OH) 3(s) + 6 NaCN(aq)
2 Na(s) + 2 HC(aq) → 2 NaC(aq) + H2(g)
3 KOH(aq) + ACl3(aq) → A(OH)3(s) + 3 KC(aq)
Fe(s) + H2SO4(aq) → FeSO4(aq) + H2(g)
Na reação do hidróxido de sódio (NaOH) com cianeto de ferro III (FeCN3), temos a formação de hidróxido de ferro III ((Fe(OH)3) e cianeto de sódio (NaCN). Por ser pouco solúvel (praticamente insolúvel), o hidróxido de ferro III evidencia que ocorreu reação química.
Ca(s) + H2SO4(aq) → CaSO4(aq) + H2(g)
Reação de dupla troca Nas reações de dupla troca, temos duas substâncias reagindo entre si para formar duas novas substâncias. Essa transformação é dita de dupla troca quando ela ocorre sem variação do número de oxidação (Nox), que será estudado posteriormente. As evidências de que uma reação de dupla troca ocorre são a formação de precipitado; um ácido ou uma base fracos; um ácido volátil ou instável; uma base instável (NH4OH).
Na segunda reação, temos hidróxido de potássio (KOH) reagindo com o cloreto de alumínio (ACl3) para formar o hidróxido de alumínio (A(OH)3) e o cloreto de hidrogênio (HC). Por ser volátil, o cloreto de hidrogênio escapa da solução aquosa sob a forma de gás. A liberação de gás em um processo reacional evidencia que houve reação química.
As solubilidades dos sais e das bases bem como a força ácida (grau de ionização) serão estudadas em aulas posteriores. No momento, estudaremos apenas a classificação das reações.
Reação de dupla troca entre sal e sal
Reação de dupla troca entre ácido e sal A seguir, temos duas reações de dupla troca entre um ácido e um sal. As evidências de que essas transformações ocorrem estão na formação de um ácido volátil ou fraco e/ ou de um sal insolúvel. Essas transformações, bem como a solubilidade de compostos inorgânicos, serão estudadas em aulas posteriores. No momento, nosso foco é apenas caracterizar a transformação como sendo de dupla troca. H2SO4 (aq) + 2 NaCN(aq) → Na2SO4(aq) + 2 HCN(g) 2 H3PO4 (aq) + 3 CaCl2 (aq) → Ca3(PO4)2 (s) + 6 HC (g) Na reação do ácido sulfúrico (H2SO4) com cianeto de sódio (NaCN), temos a formação de sulfato de sódio (Na2SO4) e cianeto de hidrogênio (HCN). Por ser volátil, o cianeto de hidrogênio deixa a solução aquosa e escapa do sistema sob a forma de gás. A liberação de gás em um processo reacional evidencia que ocorreu reação química. Na segunda reação, temos o ácido fosfórico (H3PO4) reagindo com cloreto de cálcio (CaCl2) para formar o fosfato de cálcio (Ca3(PO4)2) e o cloreto de hidrogênio (HC). Por ser volátil, o cloreto de hidrogênio escapa da solução aquosa sob a forma de gás. A liberação de gás em um processo reacional evidencia que ocorreu reação química.
Uma das características que evidenciam as reações de dupla troca entre sais é a formação de um precipitado. Por exemplo, na reação entre o nitrato de chumbo II e o iodeto de sódio (NaI) para formar o iodeto de plumboso (PbI2) e o nitrato de sódio, ocorre formação de um precipitado amarelo (PbI2). O surgimento desse sólido garante que a reação ocorreu. A reação pode ser representada pela equação química a seguir: Pb(NO3)2(aq) + NaI(aq) → PbI2(s) + NaNO3(aq) Reação de neutralização As reações de neutralização podem ser exemplificadas quando um ácido e uma base reagem para formar um sal. Veremos, em aulas posteriores, que a classificação de uma substância como ácida ou básica depende de uma teoria. As principais teorias ácido-base são: teoria de Arrhenius, Bronsted-Lowry e Lewis. A seguir, temos exemplos de reações de neutralização de ácidos e bases de Arrhenius: HC(aq) + NaOH(aq) → NaC(aq) + H2O() H2SO4(aq) + Ca(OH)2(aq) → CaSO4(aq) + 2 H2O() H3PO4(aq) + 3 KOH(aq) → K3PO4(aq) + 3 H2O() HC(aq) + NH3(aq) → NH4C(aq) 225
A10 Classificação das reações
A seguir, há outros exemplos de reações de deslocamento. Na primeira reação, temos o sódio (Na) deslocando o hidrogênio do ácido clorídrico (HC) para formar o cloreto de sódio (NaC) e o hidrogênio gasoso. Na segunda reação, temos o ferro metálico reagindo com ácido sulfúrico (H2SO4) para formar sulfato de ferro II ou sulfato ferroso (FeSO4), além de hidrogênio gasoso. Na terceira reação, temos o cálcio (Ca) reagindo com ácido sulfúrico (H2SO4) para formar o sulfato de cálcio e hidrogênio gasoso.
Química
Exercícios de Fixação 01. (Mackenzie SP) O bromato de potássio, ao ser aquecido, decompõe-se em brometo de potássio e gás oxigênio. A equação dessa decomposição, corretamente balanceada, é: a) KBrO3 → KBr + O3 b) 2 KBrO3 → 2 KBr + 3 O2 c) 3 KBrO3 → KBr + 3 O2 d) KBrO3 → KBr + O2 e) 2 KBrO3 → KBr + 3 O2 02. (IF SC) Considere a figura abaixo:
04. (FM Petrópolis RJ) O carbonato de cálcio é um agente muito usado como antiácido e como suplemento de cálcio ao organismo. Como fontes desse sólido, temos as conchas de moluscos e o esqueleto de corais, por exemplo, além de ser encontrado no giz usado em sala de aula. Se aquecido a altas temperaturas, o carbonato de cálcio se decompõe, ou sofre um processo de calcinação, produzindo cal virgem. O(s) produto(s) da reação de decomposição térmica do carbonato de cálcio é (são) a) CaCO3 b) Ca(HCO3)2 c) CaO + CO2(g) d) Ca(OH)2 + CO2 e) CaCl2(aq) + CO2(g) + H2O(l) 05. (UFRR) Observe as reações químicas a seguir: → AgC(s) + NaNO3(aq) I. AgNO3(aq) + NaC(aq) → MgCl2(aq) + H2(g) II. 2 HC(aq) + Mg(s) → ZnSO4(s) + Cu(s) III. Zn(s) + CuSO4(aq) → MgO(s) IV. Mg(s) + O2(g)
A10 Classificação das reações
Com base na figura, assinale a soma da(s) proposição(ões) CORRETA(S). 01. O composto 2 pode ser hidróxido de sódio e o composto 3 pode ser ácido clorídrico. 02. Essa figura pode representar uma reação química de neutralização. 04. Essa figura pode representar uma reação de simples troca. 08. O composto 2 pode ser ácido clorídrico e o composto 4 pode ser cloreto de potássio. 16. A reação representada não está balanceada e não pode ocorrer. 02-08 03. (UEC CE) Um material sólido, de cor acinzentada, quando posto em contato com a chama do bico de Bunsen, deu origem a um pó branco que, misturado à água com algumas gotas de uma substância halocrômica (indicador), revelou uma coloração vermelha. Quando esse produto reagiu em condições estequiométricas adequadas com um ácido, a coloração vermelha desapareceu. Considerando essas informações, assinale a única afirmação verdadeira. a) Estão envolvidos no processo: um elemento, uma substância simples e duas substâncias compostas. b) As sucessivas mudanças de cores nos sugerem que houve a formação de um hidróxido e, posteriormente, a formação de um sal. c) Os procedimentos descritos acima envolvem três reações químicas: uma combustão, uma análise e uma dupla troca. d) A reação do pó branco com a água só ocorre porque é catalisada pelo indicador que confere a cor vermelha ao sistema.
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Analisando as alternativas de cima para baixo podemos afirmar que, os tipos de reação são: a) I-Dupla troca, II-simples troca, III-dupla troca, IV-síntese; b) I-Dupla troca, II-síntese, III-simples troca, IV-simples troca; c) I-Dupla troca, II-simples troca, III-simples troca, IV-síntese; d) I-Dupla troca, II-síntese, III-dupla troca, IV-síntese; e) I-Dupla troca, II-dupla troca, III-síntese, IV-síntese. 06. (Puc SP) As equações abaixo CaO + CO2 → CaCO3 2 AgCl → 2 Ago + Cl2 são, respectivamente, exemplos de reações de: a) síntese e análise b) síntese e deslocamento c) síntese e dupla troca d) análise e deslocamento e) análise e síntese 07. (UEMS) O elemento oxigênio foi descoberto e isolado pela primeira vez pelo químico sueco C.H. Scheele em 1771, fazendo decomposição térmica do salitre (nitrato de potássio) em nitrito de potássio e gás oxigênio. A equação química que representa corretamente a reação de descoberta do oxigênio é: a) KNO3(s) b) KNO2(s) c) KNO3(s) d) KNO2(s)
KNO(s) + O2(g) KNO(s) + O(g) → KNO2(s) + ½O2(g) → KNO(s) + O2(g) → →
e) KNO3(s) → KNO2(s) + O(g)
Ciências da Natureza e suas Tecnologias
Exercícios Complementares
eq. 2 CaCO3(s) → CaO (s) + CO2 (g) eq. 3 CaO (s) + 2 NH4C (aq) → 2 NH3 (g) + CaCl2 (aq) + H2O () eq. 4 NaHCO3(s) → Na2CO3 (s) + H2O () + CO2 (g) A última etapa do processo Solvey (eq. 4) é uma reação classificada como a) síntese. d) dupla troca. b) simples troca. e) combustão. c) decomposição. 02. (UFPA) Considerando a presença de P2O5 na cinza armazenada, sua reação com a umidade do ambiente pode ser classificada como a) oxirredução. b) neutralização. c) simples troca.
d) dupla troca. e) síntese.
03. (Udesc SC) Determinadas reações ocorrem devido à ação externa de agentes físicos, como o calor, a luz e a eletricidade. Abaixo são dados alguns exemplos desses tipos de reações. I.
II.
III.
IV.
O fermento químico (bicarbonato de amônio), também conhecido como carbonato ácido de amônio, quando misturado à massa, para preparação de um bolo, e levado ao forno, decompõe-se, produzindo gás dentro da massa, o que deixa o bolo crescido e fofo. Os vegetais sintetizam os chamados polissacarídeos, por meio da fotossíntese. Essa reação é indispensável à manutenção da vida sobre a Terra. O mecanismo da reação foi esclarecido pelo cientista Melvin Calvin, o que lhe valeu o Prêmio Nobel de Química, em 1961. A reação de decomposição do cloreto de sódio sólido é realizada para se obter sódio metálico e cloro gasoso, utilizando para isso a eletricidade. O óxido de cálcio, também denominado cal viva ou cal virgem, pode ser preparado pela decomposição térmica do carbonato de cálcio.
Com base na análise dos enunciados acima, assinale a alternativa que classifica corretamente as reações, de acordo com o agente físico que provocou tal reação; respectivamente:
a) pirólise; fotólise; pirólise; eletrólise. b) fotólise; pirólise; eletrólise; fotólise. c) pirólise; fotólise; eletrólise; pirólise. d) pirólise; eletrólise; fotólise; pirólise. e) eletrólise; fotólise; pirólise; fotólise. 04. (UFRN) A amônia é um composto utilizado como matéria-prima em diversos processos químicos. A obtenção da amônia pode ser expressa pela equação a seguir:
→ 2 NH3(g) N2(g) + 3 H2(g) A obtenção de amônia para a reação citada pode ser classificada como uma reação de a) deslocamento. c) dupla troca. b) decomposição. d) síntese. 05. (Puc Campinas SP) Nossa dieta é bastante equilibrada em termos de proteínas, carboidratos e gorduras, mas deixa a desejar em micronutrientes e vitaminas. “O brasileiro consome 400 miligramas de cálcio por dia, quando a recomendação internacional é de 1 200 miligramas,”(...). É um problema cultural, mais do que socioeconômico, já que os mais abastados, das classes A e B, ingerem cerca da metade de cálcio que deveriam. (Revista Pesquisa Fapesp, junho de 2010, p. 56)
A glicose e a sacarose são carboidratos que, pela decomposição térmica total, produzem a) gás carbônico e água. b) monóxido de carbono e água. c) carbono e água. d) metano e água. e) carbono e os gases hidrogênio e oxigênio. 06. (Fac. Anhembi Morumbi SP) O oxigênio foi descoberto por Priestley em 1722. A partir de 1775, Lavoisier estabeleceu suas propriedades, mostrou que existia no ar e na água, e indicou seu papel fundamental nas combustões e na respiração. Na natureza, o elemento químico oxigênio ocorre como uma mistura de 16O, 17O e 18O. Na baixa atmosfera e à temperatura ambiente, o oxigênio está presente principalmente na forma de moléculas diatômicas (O2) que constituem um gás incolor, inodoro e insípido, essencial para os organismos vivos. São inúmeras as aplicações do oxigênio. Na medicina, o seu uso mais comum é na produção de ar enriquecido de O2. (http://tabela.oxigenio.com. Adaptado.)
Para preparar oxigênio gasoso em elevado estado de pureza, usando uma reação de decomposição térmica, é correto utilizar como reagente de partida a) H3PO4. d) Zn(OH)2. b) KCO3. e) C6H12O6. c) CaCO3.
227
A10 Classificação das reações
01. (UFPA) O carbonato de sódio anidro, conhecido comercialmente como barrilha, é um sal branco e translúcido, utilizado nas indústrias de sabão, vidro, têxtil, tintas e outras. Industrialmente a barrilha pode ser obtida por meio do Processo Solvay, que utiliza como matérias-primas o cloreto de sódio, o amoníaco e o carbonato de cálcio, de acordo com as reações representadas pelas equações químicas abaixo: eq. 1 NaC(aq) + NH3 (g) + CO2 (g) + H2O () → NaHCO3 (s) + NH4C(aq)
FRENTE
A
QUÍMICA
MÓDULO A11
ASSUNTOS ABORDADOS nn Balanceamento de equações nn Balanceamento de equações por tentativas
BALANCEAMENTO DE EQUAÇÕES Até o momento, estudamos a classificação das reações, contudo, não nos preocupamos em estabelecer proporções estequiométricas adequadas para os participantes (reagentes e produtos). Na teoria, uma reação química ocorre de maneira completa quando os reagentes estão em proporção estequiométrica adequada e o rendimento é de 100%, mas na prática nem sempre isso ocorre. Essa proporção é definida pelos coeficientes estequiométricos. O emprego desses coeficientes em uma equação química é feito de tal forma que a quantidade de átomos de um determinado elemento químico nos reagentes da reação seja a mesma quantidade de átomos desse elemento químico nos produtos da reação. Existem diversas formas de acertos dos coeficientes estequiométricos em uma equação química. Entre eles, temos os métodos de acerto por tentativas, por oxirredução etc. Nesta aula, estudaremos a determinação dos coeficientes estequiométricos pelo método das tentativas.
Balanceamento de equações por tentativas Para início do estudo dos balanceamentos de equações por tentativas, utilizaremos o processo de reação entre o alumínio metálico em pó e o oxigênio atmosférico. Nesse processo reacional, forma-se óxido de alumínio (Al2O3). A reação pode ser representada pela equação química a seguir: A(s) + O2(g) → Al2O3(s) Para estabelecer coeficientes estequiométricos que tornem a equação devidamente balanceada, devemos observar que há dois átomos de alumínio no produto da reação (Al2O3) e apenas um átomo de alumínio nos reagentes (A). Para acertar os coeficientes dessa substância, devemos utilizar o numeral 2 como coeficiente estequiométrico do alumínio (2 A), e o numeral 1 como coeficiente estequiométrico do óxido de alumínio (1 Al2O3). Assim, temos: 2A(s) + O2(g) → 1 Al2O3(s) Contudo, ainda não acertamos o coeficiente da substância oxigênio. Verifique na equação que existem 3 (três) átomos de oxigênio no produto da reação (Al2O3), e nos reagentes, apenas 2 (dois) átomos sob a forma de gás oxigênio (O2). Para acertar o coeficiente estequiométrico da substância oxigênio, devemos utilizar um coeficiente 3 fracionário, ou seja, . Assim, a quantidade de átomos de oxigênio nos reagentes 2 3 ) se torna igual à quantidade de átomos de oxigênio no produto da reação. ( ×O2 = 3 2 Logo, a equação química com os devidos coeficientes estequiométricos que a tornem balanceada pode ser representada por:
3 O (g) → 1 Al2O3(s) 2 2 Contudo, no acerto de coeficientes estequiométricos de equações químicas é comum se utilizar os menores coeficientes inteiros que tornem a equação devidamente balanceada. 2A(s) +
228
Ciências da Natureza e suas Tecnologias
4 A(s) + 3 O2(g) → 2 Al2O3(s) Para mais um exemplo de balanceamento de equações químicas pelo método das tentativas, vamos considerar uma reação de neutralização de um ácido por uma base, ambos segundo o conceito ácido-base de Arrhenius. Por exemplo, quando misturamos solução aquosa de ácido sulfúrico (H2SO4) com solução aquosa de hidróxido de sódio (NaOH) ocorre reação de neutralização com formação do sulfato de sódio Na2SO4 e água. A reação química pode ser representada pela equação a seguir: NaOH(aq) + H2SO4(aq) → Na2SO4(aq) + H2O() Para estabelecer coeficientes estequiométricos que tornem a equação devidamente balanceada, devemos observar que há dois átomos de sódio nos produtos (Na2SO4) e apenas um átomo de sódio nos reagentes (NaOH). Para acertar os coeficientes dessas duas substâncias, devemos utilizar o numeral 2 como coeficiente estequiométrico do hidróxido de sódio (2 NaOH), e o numeral 1 como coeficiente estequiométrico do sulfato de sódio (1 Na2SO4). Assim, temos: 2 NaOH(aq) + H2SO4(aq) → 1 Na2SO4(aq) + H2O() A partir desses coeficientes, podemos balancear os átomos de enxofre (S). Verifique que no sulfato de sódio (Na2SO4), temos um átomo de enxofre. Logo, também devemos ter o mesmo número de átomos de enxofre no ácido sulfúrico e, realmente, o temos. Assim, devemos utilizar o numeral 1 como coeficiente numérico do ácido sulfúrico (1 H2SO4). 2 NaOH(aq) + 1 H2SO4(aq) → 1 Na2SO4(aq) + H2O() Para finalizar o balanceamento dos coeficientes, resta acertar os átomos de hidrogênio. Para isso, verifique que temos átomos de hidrogênio no hidróxido de sódio (NaOH) e também no ácido sulfúrico (H2SO4). Somando essas duas quantidades, temos um total de 4 átomos de hidrogênio nos reagentes. Logo, devemos ter 4 átomos de hidrogênio nos produtos. Como temos átomos de hidrogênio apenas no produto água (H2O), sendo dois átomos nessa substância, devemos utilizar como coeficiente estequiométrico o numeral 2. Para mais um exemplo, utilizaremos a reação entre o hidróxido de alumínio (A(OH)3) e o ácido pirofosfórico (H4P2O7).
Quando misturamos solução aquosa de ácido pirofosfórico (H4P2O7) com solução aquosa de hidróxido de alumínio (A(OH)3) ocorre reação de neutralização com formação do pirofostato de alumínio A4(P2O7)3 e água. A reação química pode ser representada pela equação a seguir: H4P2O7(aq) + A(OH)3(aq) → A4(P2O7)3(aq) + H2O() Verifique na equação química que há 4 (quatro) átomos de alumínio no produto ((A4(P2O7)3) e apenas um átomo de alumínio no reagente (A(OH)3). Para acertar os coeficientes dessas duas substâncias, de tal forma que os átomos de alumínio se tornem iguais nos reagentes e produtos, devemos utilizar o numeral 1 como coeficiente estequiométrico do pirofosfato de alumínio (( 1 A4(P2O7)3), e o numeral 4 como coeficiente estequiométrico do hidróxido de alumínio (4 A(OH)3). Assim, temos a equação parcialmente balanceada. H4P2O7(aq) + 4 A(OH)3(aq) → 1 A4(P2O7)3(aq) + H2O() Utilizando o mesmo raciocínio, podemos ajustar os coeficientes para acertar a quantidade de átomos de fósforo. Verifique na equação química que há 6 (seis) átomos de fósforo no produto ((1 A4(P2O7)3) e apenas 2 (dois) átomos de fósforo no reagente (H4P2O7). Para acertar os coeficientes dessas duas substâncias, de tal forma que os átomos de fósforo se tornem iguais nos reagentes e produtos, devemos utilizar o numeral 3 como coeficiente estequiométrico do ácido pirofosfórico (3 H4P2O7). Assim, temos a equação parcialmente balanceada. 3 H4P2O7(aq) + 4 A(OH)3(aq) → 1 A4(P2O7)3(aq) + H2O() Para finalizar o processo de balanceamento dos coeficientes, devemos acertar os átomos de hidrogênio na substância água. Verifique que temos átomos de hidrogênio nas duas substâncias reagentes, sendo 12 (doze) átomos de hidrogênio no ácido pirofosfórico (3 H4P2O7) e 12 (doze) átomos no hidróxido de alumínio (4 A(OH)3). Adicionando esses dois valores (12 + 12), temos nos reagentes um total de 24 (vinte e quatro) átomos de hidrogênio nos reagentes. Uma vez que nos produtos da reação temos átomos de hidrogênio apenas na substância água, sendo dois átomos no total, devemos utilizar como coeficiente estequiométrico para essa substância o numeral 12 (doze). Assim, também temos 24 átomos de hidrogênio nos produtos da equação, tornando-a estequiometricamente balanceada. 3 H4P2O7(aq) + 4 A(OH)3(aq) → 1 A4(P2O7)3(aq) + 12 H2O() 229
A11 Balanceamento de equações
Desse modo, para a reação do alumínio com o oxigênio atmosférico para formar o óxido de alumínio, devemos corrigir todos os coeficientes tornando-os inteiros. Para isso, devemos multiplicar os coeficientes da equação por 2. Assim, os novos coeficientes serão:
Química
Exercícios de Fixação 01. A seguir, temos equações químicas cujos coeficientes estequiométricos foram omitidos. I.
C(s) + O2(g) → CO(g)
II.
Fe(s) + O2(g) → Fe2O3(s)
III.
KOH(aq) + H2CO3(aq) → K2SO4(aq) + H2O()
IV.
Pb(OH)4(aq) + H3PO4(aq) → Pb3(PO4)4 + H2O()
fatores, como o álcool, alimentos gordurosos, cafeína, certos medicamentos e o estresse, podem destruir essa defesa. Para combater a azia, geralmente, se utilizam medicamentos de caráter básico como o hidróxido de alumínio ((A(OH)3) ou hidróxido de magnésio ((Mg(OH)2).
de dupla troca. Para esse processo, devidamente representa-
Considerando essas informações e seus conhecimentos acerca do assunto, represente por uma equação química, devidamente balanceada com os menores coeficientes inteiros, a reação de neutralização total do ácido clorídrico pelo hidróxido de magnésio, como também a reação de neutralização total do ácido clorídrico pelo hidróxido de alumínio. Depois de efetuado o balanceamento, utilize para resposta a soma de todos os coeficientes estequiométricos das duas equações.
do, podemos afirmar que a soma de todos os menores coefi-
a) 6
cientes estequiométricos inteiros dos reagentes e produtos é:
b) 8
Utilizando os menores coeficientes estequiométricos inteiros, balanceie as equações. 02. O ácido sulfúrico (H2SO4) em solução aquosa reage com hidróxido de alumínio ((A(OH)3), também em solução aquosa, para formar sulfato de alumínio (A2(SO4)3) e água em uma reação
a) 3 b) 6 c) 9 d) 12 e) 15
Gabarito questão 01 I) 2 C(s) + 1 O2(g) → 2 CO(g) II) 4 Fe(s) + 3 O2(g) → 2 Fe2O3(s) III) 2 KOH(aq) + 1 H2CO3(aq) → 1 K2SO4(aq) + 2 H2O() IV) 3 Pb(OH)4(aq) + 4 H3PO4(aq) → 1 Pb3(PO4)4 + 12 H2O() Resolução: 3 H2SO4 (aq) + 2 A(OH)3(aq) → 1 Al2(SO4)3(aq) + 6 H2O(l)
03. Azia e indigestão são alguns dos termos usados para descrever essas indisposições gastrointestinais. A hiperacidez é causada pela irritação do estômago ou esôfago (o tubo que liga a boca ao estômago). O revestimento do estômago é protegido contra os efeitos do suco gástrico (solução aquosa de HC) envolvido no processo digestivo, mas alguns
c) 10 d) 12 e) 14 04. Num processo reacional, foram colocados em contato a substância benzeno (C6H6) no estado líquido para reagir com o cloro gasoso (Cl2). Nesse processo, houve formação de um composto cuja fórmula molecular é C6C6, também no estado líquido, além de cloreto de hidrogênio gasoso (HCl). Considerando essas informações e seus conhecimentos sobre o assunto, represente a reação descrita no texto por uma equação química devidamente balanceada com os menores coeficientes estequiométricos inteiros. C6H6(l) + 6 Cl2(g) → C6Cl6(l) + 6 HCl(g)
Exercícios Complementares 01. Utilizando os menores coeficientes estequiométricos inteiros, torne as equações químicas, a seguir, devidamente balanceadas.
A11 Balanceamento de equações
a) P4(s) + S8(s) → P4S3(s) 8 - 3 → 8 b) H2(g) + N2(g) → NH3(g) 3 - 1 → 2 c) B2H6(s) + CO(g) → H3BCO(s) 1 - 2 → 2 d) Mg(s) + O2(g) → MgO(s) 2 - 1 → 2 02. A seguir, temos uma reação de deslocamento entre o cálcio e ácido nítrico: Ca(s) + HNO3(aq) → Ca(NO3)2(aq) + H2(g) Utilizando os menores coeficientes inteiros para o balanceamento da equação, temos que a soma desses números é numericamente igual a: a) 1 c) 3 e) 5 b) 2 d) 4
230
03. Para a reação de simples troca ou deslocamento entre o alumínio e o ácido clorídrico, temos como representação do processo reacional a seguinte equação: 2 A(s) + 6 HC(aq) → 2 AC3(aq) + 3 H2(g). Depois de estabelecer o balanceamento dos coeficientes estequiométricos da equação com os menores números inteiros, temos que a soma desses números é numericamente igual a: a) 10 b) 11 c) 12 d) 13 e) 14 04. Alumínio sólido (A) reage com cloreto de níquel (NiCl2) para formar níquel metálico (Ni) e cloreto de alumínio (ACl3). Considerando essas informações, bem como seus conhecimentos, represente a reação descrita por uma equação química e em seguida faça o balanceamento da equação utilizando os menores coeficientes estequiométricos inteiros possíveis. Ao final do balanceamento, para resposta, some todos os coeficientes. O valor encontrado é a) 2 b) 4 c) 6 d) 8 e) 10
FRENTE
A
QUÍMICA
MÓDULO A12
REAÇÕES DE COMBUSTÃO De maneira ampla, podemos dizer que combustível é qualquer material que, ao ser combinado com outro material, gera uma reação exotérmica, ou seja, uma reação que libera calor. Isso mostra que o termo combustível está diretamente ligado ao conceito de fonte de energia calorífica.
ASSUNTOS ABORDADOS nn Reações de combustão nn Combustão total nn Combustão parcial
Nesse contexto, diversos materiais possuem a propriedade de ser um combustível, principalmente quando em reação com o oxigênio. Entre os combustíveis, estão álcool, gasolina, querosene, óleo diesel, benzeno, tolueno e muitos outros compostos orgânicos. Mas os combustíveis não estão restritos unicamente aos derivados do petróleo. Metais, como ferro, alumínio e magnésio, em determinadas condições, também se comportam como combustíveis. O combustível mais antigo em uso e até está sendo largamente utilizado em alguns países, sobretudo no Brasil, é a lenha. Constituído principalmente de celulose, resinas, água e sais minerais, esse combustível passa por um processo de extração indiscriminada, apesar dos constantes esforços dos ambientalistas e do governo no combate a essa prática ilegal. A extração de lenha para manter os fornos de carvoarias, cerâmicas, indústrias de beneficiamento, produção de carvão e outros usos, resulta na devastação de milhares de árvores levando à extinção de matas, florestas e de um grande número de espécies vegetais e animais, além de outros problemas ambientais como a desertificação e o aquecimento global.
Figura 01 - À esquerda, o uso de lenha no preparo dos alimentos; à direita, o uso de madeira para produzir carvão vegetal.
Fonte: wikimedia commons / Mateus Hidalgo
Fonte: wikimedia commons / Wilson Dias/Agência Brasil
Os combustíveis naturais gasosos são encontrados em poços perfurados na crosta terrestre e são popularmente chamados GN, isto é, gás natural. Em termos de composição, temos que o gás natural é formado principalmente de metano, etano, dióxido de carbono e nitrogênio. Porém, na maioria dos poços, o gás natural é constituído quase sempre de metano puro. O metano, CH4, é um combustível que apresenta alto poder calorífico; por isso, é bastante utilizado em indústrias, cujo processo de abastecimento é feito por meio de gasodutos. Outra forma de transporte é por liquefação do gás sob alta pressão e resfriamento. Nesse caso, o transporte é feito a granel.
231
Química
Além do gás natural, podemos destacar a utilização do GLP, isto é, gás liquefeito de petróleo. Trata-se de uma mistura dos hidrocarbonetos propano e butano. Esses dois gases são retirados no início do processo de destilação, que separa as frações do petróleo. São gases inodoros e mais densos que o ar atmosférico e são comercializados por quilograma acondicionado em botijões ou tanques, e são regulamentados pela Agência Nacional do Petróleo. O uso do GLP, atualmente, está bastante difundido como combustível doméstico e em algumas indústrias. No uso doméstico, para garantir a segurança, são acrescentadas substâncias odorizadoras com a finalidade de identificar vazamentos e escapes. Essa mesma mistura gasosa é utilizada como gás de isqueiros e, apesar de ser ilegal, em automóveis.
Fonte: wikimedia commons / Bob Jackson
Com o avanço da tecnologia e o desenvolvimento de novos sistemas de combustão, pode-se contar com uma nova forma de combustível automotivo: o gás natural veicular, ou GNV, que é aprovado por lei.
Ao determinar o coeficiente do metano (1 CH4), podemos dizer que a quantidade total de átomos de hidrogênio nos produtos deve ser igual a 4, pois temos quatro átomos desse elemento nos reagentes da reação. Desse modo, devemos utilizar o coeficiente 2 (dois) para a molécula de água (2 H2O). 1 CH4(g) + O2 (g) → 1 CO2 (g) + 2 H2O(v) Finalmente, podemos determinar o coeficiente do gás oxigênio a partir da quantidade total de átomos de oxigênio nos produtos. Observe que esse elemento aparece em duas substâncias produtos: CO2 e H2O. Uma vez que utilizamos o coeficiente 2 para a água e o coeficiente 1 para o CO2, a quantidade total de átomos de oxigênio nos produtos é numericamente igual a 4. Assim, temos que a equação final balanceada recebe os seguintes coeficientes estequiométricos: 1 CH4(g) + 2 O2 (g) → 1 CO2 (g) + 2 H2O(v) Para mais um exemplo de balanceamento de combustão, vamos considerar a reação de combustão completa do gás butano, um dos constituintes do gás de cozinha, liquefeito de petróleo (GLP). O “gás de cozinha”, como é conhecido popularmente o gás liquefeito de petróleo em função de sua utilização principal na cocção de alimentos, é uma das frações mais leves do petróleo e sua queima é muito limpa, com baixíssima emissão de poluentes. Em virtude dessas características, ele é utilizado em ambientes fechados, como na cozinha da sua casa, ou em aplicações industriais sensíveis a poluentes, como na fabricação de vidros, cerâmicas e alimentos.
Combustão total
A12 Reações de combustão
CH4(g) + O2 (g) → CO2 (g) + H2O(v) Para o acerto dos coeficientes estequiométricos, devemos observar que nos reagentes existe 1 (um) átomo de carbono na molécula do gás metano. Logo, devemos ter a mesma quantidade de átomos de carbono nos produtos. No CO2 produto também temos 1 (um) átomo de carbono. Portanto, devemos utilizar coeficiente 1 para as duas substâncias: 1 CH4(g) + O2 (g) → 1 CO2 (g) + H2O(v) 232
Fonte: Shutterstock.com
Para início de discussão do assunto, considere a reação de combustão do gás metano, um dos constituintes do gás natural veicular (GNV). Para a combustão do metano (CH4), é necessária a presença do gás oxigênio (O2). Considerando a reação completa, haverá a formação de dióxido de carbono (CO2) e água (H2O). Representando a reação por uma equação química, temos:
Representando a reação por uma equação química, temos: C4H10(g) + O2(g) → CO2(g) + H2O(v) Para o acerto dos coeficientes estequiométricos, devemos observar que: Nos reagentes existem 4 (quatro) átomos de carbono na molécula do gás butano. Logo, devemos ter a mesma quantidade de átomos de carbono nos produtos. Portanto, deve-
Ciências da Natureza e suas Tecnologias
mos utilizar coeficiente 4 para o CO2 produto. Assim há igualdade da quantidade de átomos de carbono nos reagentes e produtos: (1 C4H10) e (4 CO2).
Logo, a equação final balanceada recebe os seguintes coeficientes estequiométricos: 1 C4H10(g) +
13 O (g) → 4 CO2(g) + 5 H2O(v) 2 2
Combustão parcial Os exemplos de balanceamento de equações químicas utilizados até o momento foram de reações de combustão completa. Porém, nem sempre as reações de combustão ocorrem de forma completa. Num processo de combustão, devemos considerar o tipo de combustível e o tipo de comburente. Para o metano e o butano, combustíveis de cadeias carbônicas relativamente pequenas, dificilmente teremos combustão incompleta na presença de oxigênio atmosférico. Entretanto, quando tomamos um combustível de cadeia carbônica maior, como um óleo diesel, por exemplo, geralmente a reação de combustão ocorre de maneira incompleta. A poluição gerada nos grandes centros urbanos tem origem, principalmente, pela queima de combustíveis fósseis, basicamente gasolina e diesel, que são substâncias de origem mineral formadas pelos compostos de carbono, provenientes da decomposição de materiais orgânicos, a qual perdura por milhões de anos. Logo, os combustíveis fósseis são considerados recursos naturais não renováveis. A queima desses combustíveis acontece de forma incompleta quando utilizados em máquinas térmicas e veículos automotores. Esse processo resulta no lançamento de uma grande quantidade de monóxido e dióxido de carbono (gás carbônico) na atmosfera, fazendo destes grandes vilões no que se refere ao aquecimento global e efeito estufa. Vale salientar que esses combustíveis alimentam os setores industrial, elétrico e de transportes de grande parte das economias do mundo. No entanto, esse trabalho tem como finalidade levantar aspectos ligados à poluição atmosférica decorrente da utilização de veículos automotores.
Figura 02 - Escapamento de caminhão com fumaça resultante da combustão incompleta de combustível óleo diesel.
O óleo diesel é uma mistura de hidrocarbonetos (compostos formados exclusivamente de carbono e hidrogênio) com predominância de compostos com 16 átomos de carbono. De maneira geral, podemos representar os componentes do óleo diesel pela fórmula molecular C16H34. Para a reação de combustão dos compostos presentes no óleo diesel, podemos estabelecer as seguintes reações: 1 C16H34() +
49 combustão completa → 16 CO2(g) + 17 H2O(v) O (g) 2 2
1 C16H34() +
33 combustão completa → 16 CO(g) + 17 H2O(v) O (g) 2 2
1 C16H34() +
17 combustão completa → 16 C(s) + 17 H2O(v) O (g) 2 2
Verifique que, dependendo do produto formado (CO2, CO ou C), os coeficientes estequiométricos são alterados, o, que ocorre em função da quantidade de oxigênio disponível para realizar o processo de combustão. Na com49 ou 24,5 mol de O2; bustão completa, foram gastos 2 na combustão incompleta com formação de monóxido de 33 carbono (CO), foram gastos ou 16,5 mol de O2; e na 2 combustão incompleta com formação de fuligem (C), fo17 ram gastos ou 8,5 mol de O2. Nesse contexto, deve2 mos reforçar a importância de se ter um veículo com regulagem de motor corretamente efetuada. Caso o motor aspire menos ar atmosférico do que o necessário para o processo de combustão, a reação ocorrerá de forma incompleta, produzindo poluentes atmosféricos. 233
A12 Reações de combustão
Finalmente, podemos determinar o coeficiente do gás oxigênio a partir da quantidade total de átomos de oxigênio nos produtos. Observe que esse elemento aparece em duas substâncias produtos: CO2 e H2O. Uma vez que utilizamos o coeficiente 5 para a água, e o coeficiente 4 para o CO2, a quantidade total de átomos de oxigênio nos produtos é numericamente igual a 13.
Fonte: Shutterstock.com
Ao determinar os coeficientes do butano (1 C4H10), podemos dizer que a quantidade total de átomos de hidrogênio nos produtos deve ser igual a 10, pois temos dez átomos desse elemento químico nos reagentes da reação. Desse modo, devemos utilizar o coeficiente 5 (cinco) para a molécula de água (5 H2O).
Química
Exercícios de Fixação 01. Além do butano (C4H10), o GLP - gás liquefeito de petróleo tem como componente o propano (C3H8). Por se tratar de um combustível cuja cadeia carbônica é relativamente pequena, a combustão do propano ocorre de maneira completa em presença de ar atmosférico formando dióxido de carbono e água. Considerando essas informações e seus conhecimentos sobre o assunto, estabeleça a reação de combustão completa do propano e dê como resposta a soma total dos menores coeficientes inteiros estequiométricos. a) 7 b) 9 c) 11 d) 13 e) 15 Resolução: 1 C3H8 + 5 O2 → 3 CO2 + 4 H2O 02. Combustível ecologicamente correto, o etanol não afeta a camada de ozônio já que é obtido a partir da cana-de-açúcar, que ajuda na redução do gás carbônico da atmosfera por meio da fotossíntese nos canaviais. Além disso, o plantio e cultivo da cana-de-açúcar aumentam a umidade do ar e a retenção das águas da chuva. Seguindo recomendações específicas, pode ser misturado ao diesel e à gasolina, como também pode ser utilizado sem aditivos, sem que com isso o motor sofra danos. Disponível em: <www.br.com.br/wps/portal/portalconteudo/produtos/automotivos/etanol>. Acesso em 29 jun. 2016.
Considerando que a fórmula molecular do etanol pode ser representada por C2H5OH, estabeleça a reação de combustão completa desse combustível e dê como resposta a soma total dos menores coeficientes inteiros estequiométricos. a) 8 b) 9 c) 10 d) 11 e) 12 Resolução: 1 C2H5OH + 3 O2 → 2 CO2 + 3 H2O 03. A gasolina automotiva é a mais familiar ao público brasileiro, utilizada em veículos leves para uso particular e para transporte de passageiros e de cargas, atendendo às necessidades dos consumidores e às mais avançadas tecnologias em motores e combustão.
A12 Reações de combustão
Considerando como representante da gasolina, uma mistura de hidrocarbonetos, os compostos de fórmula molecular C8H18, estabeleça a reação de combustão incompleta desse combustível com formação de monóxido de carbono (CO) e dê como resposta a soma total dos menores coeficientes inteiros estequiométricos. a) 16 b) 27 c) 38 d) 53 e) 65 Resolução: 2 C8H18 + 17 O2 → 16 CO + 18 H2O
234
04. “Explosão com dinamite fere 14 crianças” Manchete principal do jornal O Povo de 28/04/04, informando que uma explosão destruiu seis salas de aula de uma escola estadual localizada em Itapipoca. A dinamite é uma mistura de nitroglicerina com material sólido absorvente. A nitroglicerina é um líquido oleoso, amarelo pálido, muito sensível ao choque mecânico, que ao ser submetido à agitação, decompõe-se: a C3H5N3O9(l) → b N2(g) + c CO2(g) + d H2O(g) + e O2(g) Para o coeficiente c = 12, pode-se afirmar corretamente, que a) a > 5 b) b < 5 c) c + d = 20 d) a + b = c e) b – a = c – d 05. (Unemat MT) No conclave, terminado no dia 13 de março de 2013, foi escolhido um novo papa para governar a Igreja Católica. A notícia chegou primeiramente a todo o mundo por meio de uma fumaça branca expelida pela chaminé no alto da Basílica de São Pedro. O novo papa, que estudou Química, talvez compreenda um pouco do que está envolvido na formação da fumaça que anunciou sua eleição. A fumaça que anuncia o fim de uma rodada de votações é produzida por meio da queima das cédulas misturadas à palha. Na ausência de maioria nos votos, a fumaça é preta; se houver um eleito, a fumaça é branca. Antigamente usava-se palha úmida ou seca para dar cor preta ou branca, respectivamente, à fumaça. Hoje se usa uma resina inflamável, derivada da seiva de um pinheiro, para fazer a fumaça branca. Sobre a fumaça que anuncia a escolha do papa, assinale a alternativa correta: a) A cor da fumaça depende de quão completa é a queima do combustível. A fumaça preta decorre de uma combustão incompleta e a branca de uma completa. b) O material consumido na queima tanto dos papéis das cédulas quanto na queima da palha é principalmente derivado da celulose presente no citoplasma vegetal. c) A fumaça da combustão sobe e sai pela chaminé, em vez de ficar retida dentro da capela, devido à sua densidade ser maior que a do ar. d) O pinheiro de onde se extrai a resina usada no conclave é uma angiosperma monocotiledônea. e) A combustão depende sempre de um combustível, o oxigênio, e um comburente, nesse caso, a palha, a resina e o papel.
Ciências da Natureza e suas Tecnologias
Exercícios Complementares
02. (UPE PE) As combustões incompletas produzem o monóxido de carbono, que é um gás incolor e inodoro, e, portanto, de difícil identificação quando presente em uma mistura gasosa. Em relação ao monóxido de carbono, analise as proposições abaixo e conclua. 00. Inalar o monóxido de carbono causa apenas dor de cabeça, independentemente da quantidade inalada e da concentração desse gás na corrente sanguínea. 01. O monóxido de carbono, quando inalado, forma a hidroxiemoglobina que, por ser um complexo menos estável que a oxiemoglobina, dificulta a oxigenação das células do corpo humano. 02. É possível que o monóxido de carbono inalado, proveniente do hábito de fumar de muitas mães, seja o responsável pelo nascimento de crianças com peso abaixo da média normal. 03. As combustões industriais que ocorrem nos processos de fabricação são as únicas responsáveis pela presença do monóxido de carbono na atmosfera. 04. Os veículos movidos a óleo diesel poluem mais a atmosfera do que aqueles cujo combustível utilizado é a gasolina, o gás ou etanol. 02-04 03. (IF GO) Suponha que a gasolina seja composta apenas por heptano. Sabendo que a densidade do heptano é de 0,70 g/mL, assinale a alternativa correta. a) 2 kg de CO2 são produzidos pela queima completa de 5 litros de gasolina. b) São necessários 1,2 kg de O2 para realizar a queima completa de 1 kg de gasolina.
c) São produzidos 14 mol de CO2 na queima completa de 2 mol de gasolina. d) A soma dos coeficientes estequiométricos para a reação balanceada com os menores números inteiros é 17. e) São produzidos 3 kg de água pela queima completa de 1 kg de gasolina. 04. (UFG GO) Um dos processos de obtenção do cobre a partir da calcopirita, um sulfeto misto de ferro e cobre, é o pirometalúrgico. Numa determinada etapa desse processo, o minério é aquecido ao ar, para produzir dois mols de sulfeto de cobre (II), juntamente com dois mols de óxido de ferro (II) e dois mols de dióxido de enxofre gasoso. Essa reação química pode ser representada pela seguinte equação: a) CuFeS2 (s) + 3 O2(g) → Cu(s) + 2 FeO(s) + 2SO2 (g) b) FeS(s) + CuS(s) + 3 O2(g) → CuS(s) + 2 FeO(s) + 2 SO2 (g) c) 2 CuFeS2(s) + 3 O2(g) → CuS(s) + 2 FeO(s) + 2SO2(g) d) 2 CuFeS2(s) + 3 O2(g) → 2CuS(s) + 2FeO(s) + 2SO2 (g) e) FeS(s) + CuS(s) + 3O2(g) → 2CuS(s) + 2FeO(s) + 2SO2(g) 05. (Unifap AP) A queima de derivados de petróleo é uma das causas do efeito estufa por meio da emissão de bióxido de carbono na atmosfera. A equação química (não balanceada) representada abaixo exemplifica esse processo: C8H16 + O2 → CO2 + H2O Os coeficientes que balanceiam a reação são, respectivamente, a) 1,12, 8 e 8. d) 1, 8, 4 e 3. b) 2, 16, 4 e 4. e) 1, 6, 3 e 3. c) 3, 18, 24 e 24. 06. (Unimes SP) Um determinado processo industrial é realizado com a queima, na presença de ar, de um alcano. Um dos produtos obtidos nesse processo é o chamado “negro de fumo”, o qual é utilizado como pigmento preto para tintas. Diante do exposto, pode-se afirmar que se trata de: a) combustão com excesso de ar, produzindo CO2 b) combustão com limitação de ar, produzindo CO2 c) combustão com limitação de ar, produzindo C d) combustão com excesso de ar, produzindo C e) combustão com excesso de ar, produzindo CO 07. (UF PI) No que diz respeito à parafina, durante a queima de uma vela, podemos afirmar que: a) Transforma-se em monóxido de carbono e água. b) Sofre apenas um processo físico de fusão. c) Sofre uma reação química com o oxigênio. d) Sofre apenas um processo físico de vaporização. e) Apenas o pavio queima, pois a parafina é quimicamente inerte.
235
A12 Reações de combustão
01. (Uncisal AL) Na reação entre CH4, e O2, na ausência de chama e a elevada temperatura, produz-se uma mistura contendo HC ≡ CH, CO e H2. Esse processo foi inicialmente aproveitado na indústria, em razão de o acetileno (C2H2) ser matéria-prima para preparação de, por exemplo, ácido acético e etanol. O monóxido de carbono (CO) e o hidrogênio são de grande valia no que se conhece industrialmente como processo e o hidrogênio é também aproveitado na produção de amônia. O acetileno tem, ainda, sua utilidade na soldagem a elevadas temperaturas (maçarico de acetileno). Se os dois (metano e oxigênio) iniciais fossem levados a reagir na presença de chama, era de se esperar: a) surgimento de fuligem como produto da reação. b) surgirem todos os produtos do outro processo, junto a CO2, H2O e energia. c) produz-se água (junto a CO2), com queda da energia desenvolvida no processo. d) uma reação em que CO2 e água são substâncias químicas e mais importantes do que a energia. e) CO2, H2O e energia seriam os produtos, a última aproveitável na forma de calor.
FRENTE
A
QUÍMICA
Exercícios de Aprofundamento 01. (UFG GO) Observe a tabela de conversões de energia a seguir. De/Para
Elétrica
Térmica
Mecânica
Química
Química
Bateria ou pilha
Digestão de alimentos
Músculo
Reações químicas
Elétrica
Transformador
Ferro de passar roupa
Ventilador
Galvanização
Mecânica
Gerador
Frenagem
Engrenagem
-
Considerando a tabela acima, responda: a) Em quais conversões há ruptura de ligação química? b) Quais conversões são exemplos de fenômenos físicos e quais são os de fenômenos químicos? Indique as conversões, usando a seguinte legenda: (Q) = fenômeno químico e (F) = fenômeno físico. Gabarito no final.
a) O3 = ozônio; N2 = nitrogênio e Cl2 = cloro b) Formação do diamante, cozimento de um alimento e surgimento de queimada.
02. (UEG GO) As diversas espécies químicas presentes no planeta são formadas a partir de reações químicas. Os compostos formados são classificados como substâncias simples ou compostas, e as reações que lhes dão origem são exemplos de fenômenos químicos. A tabela abaixo apresenta alguns casos.
Espécie química
Fenômeno
Dióxido de carbono
Formação do diamante
Ozônio
Queda de uma fruta
Água
Cozimento de um alimento
Nitrogênio
Surgimento de queimada
Cloro
Quebra de grafite
De posse dos dados apresentados acima e de seus conhecimentos adicionais sobre química, a) mostre a fórmula molecular das espécies químicas que são exemplos de substâncias simples. b) identifique os fenômenos químicos.
03. (Udesc SC) O conceito de reação química está associado à ideia de transformação, ou seja, à produção de novos materiais, ou de novas substâncias químicas. As reações químicas são representadas por meio de equações químicas e podem ser definidas e classificadas segundo diferentes critérios. 236
De acordo com o tipo de substância envolvida na reação química, pode-se classificá-las em: (1) reações de síntese ou adição. (2) reações de análise ou decomposição. (3) reações de dupla troca. (4) reações de simples troca ou deslocamento. Analise os exemplos de reações químicas dados a seguir, classificando-os de acordo com o critério acima. I. O excesso de acidez estomacal (azia) pode ser combatido com o uso de leite de magnésia, que reage com o ácido clorídrico existente no suco gástrico do estômago, neutralizando esse ácido: Mg(OH)2 + 2HC → MgCl2 + H2O. (_________) II. O oxigênio e o hidrogênio liquefeitos são os combustíveis líquidos mais comuns usados para impulsionar os foguetes, pela expulsão dos gases de combustão, gerados pela reação entre o hidrogênio: com o oxigênio 2H2 + O2 → 2 H2O. (_________) III. O ferro reage com o sulfato de cobre, formando o sulfato de ferro e o cobre: Fe + CuSO4 → FeSO4 + Cu. (_________) IV. O fermento químico, também conhecido como carbonato ácido de amônio, quando misturado à massa de bolo e, depois de aquecido, reage produzindo gás dentro da massa, o que deixa o bolo fofo e crescido: (NH4)2CO3(s) → 2 NH3(g) + H2O(g) + CO2(g). (_________) Assinale a alternativa que corresponde à sequência correta de classificação das reações químicas, de cima para baixo. a) análise ou decomposição; simples troca ou deslocamento; dupla troca; síntese ou adição. b) síntese ou adição; dupla troca; simples troca ou deslocamento; análise ou decomposição. c) síntese ou adição; análise ou decomposição; dupla troca; simples troca ou deslocamento. d) dupla troca; simples troca ou deslocamento; adição ou síntese; análise ou decomposição. e) dupla troca; síntese ou adição; simples troca ou deslocamento; análise ou decomposição. 04. O ferro metálico pode reagir com oxigênio para formar dois óxidos, ou seja, o óxido de ferro II ou óxido ferroso (FeO) e o óxido de ferro III ou óxido férrico (Fe2O3). Utilizando-se de equações químicas, represente esses processos devidamente balanceados com os menores coeficientes inteiros. Marque, como resposta, a soma de todos os coeficientes encontrados nas duas equações. a) 5 c) 10 e) 15 b) 7 d) 12
Ciências da Natureza e suas Tecnologias
Considerando que a fórmula molecular do principal componente da gasolina seja C8H18, represente os três processos de combustão descritos no texto por equações químicas e utilize os menores coeficientes estequiométricos inteiros para balanceá-las. Depois de balanceadas, utilize, para resposta, a soma dos coeficientes encontrados para o oxigênio. a) 9 b) 17 c) 25 d) 38 e) 51 06. (Fac. Cultura Inglesa SP) Musgos usam a energia solar para reagir com dióxido de carbono e água, produzindo glicose e oxigênio. A esse processo, que se realiza por um conjunto de reações, dá-se o nome de fotossíntese. Assinale a alternativa que apresenta a equação geral da fotossíntese corretamente balanceada. a) CO2 (g) + H2O () + luz → C6H12O6 (aq) + O2 (g) b) 6 CO2 (g) + 6 H2O () + luz → C6H12O6 (aq) + 6 O2 (g) c) 6 CO2 (g) + H2O (g) + luz → C6H12O6 (aq) + O2 (g) d) 3 CO2 (g) + 3 H2O () + luz → C6H12O6 (aq) + 3 O2 (g) e) 6 CO2 (g) + 6 H2O () + luz → C6H12O6 (aq) + 18 O2 (g) 07. Sabe-se que os hidrocarbonetos (CnH2n+2) apresentam reações de combustão completa numa única condição, isto é, quando os produtos da queima são exclusivamente gás carbônico (CO2) e água (H2O). Portanto, qualquer outra combustão que produza resultado diferente será incompleta. Admitindo que uma das reações de combustão incompleta de um alcano é expressa pela equação não balanceada CnH2n+2 + x O2 → y CO + z H2O, então o coeficiente estequiométrico (x) da molécula de oxigênio (O2) corresponde a: a)
(2n + 2) 2
b)
(n + 1) 2
c)
(2n + 1) 2
d)
(3n + 1) 2
08. O processo de combustão dos hidrocarbonetos pode ser realizado de forma completa ou incompleta. Nas combustões completas há forma de CO2 e água; nas combustões incompletas, há formação de CO(g) ou C(s) e água. Considerando que o gás propano, um dos componentes do gás de cozinha, cuja fórmula molecular é C3H8, sofra os três tipos de queima, é correto assinalar como sendo o resultado do somatório dos coeficientes estequiométrico do gás oxigênio utilizados para a queima total de 2 mol de gás propano nos três casos citados a) 4 b) 7 c) 10 d) 17 e) 21 09. A energia liberada pela queima do etanol pode ser usada tanto em motores de combustão interna, como no cozimento de alimentos. Essa reação de combustão está representada pela equação não balanceada abaixo: a CH3CH2OH(l) + b O2(g) → c CO2(g) + d H2O(g) Caso o valor do coeficiente seja numericamente igual a 1, é correto afirmar que: a) d = 2 b) c = 3 c) b = 7 d) a + b > 4 e) c - d < 0 10. (Ufscar SP) A massa de dióxido de carbono liberada na queima de 80 g de metano, quando utilizado como combustível, é: (Massas molares, em g/mol: H = 1; C = 12; O = 16.) a) 22 g b) 44 g c) 80 g d) 120 g e) 220 g 11. (IF GO) Assinale a alternativa que contém a equação química que representa a reação de combustão completa do metano. a) CH4O() + 3/2 O2(g) → CO2(g) + 2 H2O( l) b) CH4(g) → C(graf) + 2 H2(g) c) CH4(g) + 3/2 O2(g) → CO(g) + 2 H2O() d) CH4(g) + 2 O2(g) → CO2(g) + 2 H2O() e) CH4O(l) → C(graf) + 2 H2(g) + 1/2 O2(g) Gabarito questão 01 a) Ruptura de ligação química De química para: elétrica, térmica, mecânica e química. De elétrica para: química. b)
(2n - 2) e) 2 Q = Químico F = Físico
De/Para
Elétrica
Térmica
Mecânica
Química
Química
Q
Q
Q
Q
Elétrica
F
F
F
Q
Mecânica
F
F
F
-
237
FRENTE A Exercícios de Aprofundamento
05. Nos motores a combustão interna, os combustíveis entram em contato com o ar atmosférico e são queimados. A gasolina, uma mistura de hidrocarbonetos, dependendo da quantidade de oxigênio disponível, pode sofrer combustão completa, formando dióxido de carbono (CO2) e água. Contudo, caso a quantidade de oxigênio não seja suficiente para a combustão total (completa) há formação de monóxido de carbono (CO) e até mesmo de fuligem (C).
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FRENTE
B
QUÍMICA Por falar nisso Durante muitos anos, os cientistas procuraram formas de agrupar os elementos químicos conhecidos, de modo que fosse possível encontrar semelhanças entre eles. Para isso, diversas propriedades físicas e químicas foram analisadas para se chegar a um padrão de organização. Depois de várias tentativas, chegou-se ao modelo atual de Tabela Periódica. Nessa tabela, foi possível posicionar os elementos que eram semelhantes em relação a algumas propriedades nos mesmos grupos. Após algum tempo, os cientistas notaram que essa organização não só agrupava os elementos com características comuns, mas também tornava possível enxergar uma periodicidade na ocorrência de certas propriedades, ou seja, tornou-se possível observar a repetição de algumas propriedades em intervalos constantes. Nas próximas aulas, estudaremos os seguintes temas
B09 B10 B11 B12
Histórico do desenvolvimento da Tabela Periódica...................... 240 Regras de localização na Tabela Periódica..................................... 245 Propriedades periódicas dos elementos químicos (I)................... 250 Propriedades periódicas dos elementos químicos (II).................. 257
FRENTE
B
QUÍMICA
MÓDULO B09
ASSUNTOS ABORDADOS nn Tabela Periódica nn Introdução nn Tríades de Döbereiner nn Parafuso telúrico de Chancourtois nn Lei das oitavas de Newlands nn Tabela Periódica de Mendeleev
TABELA PERIÓDICA Introdução Reconhecer a importância do estudo da tabela periódica é um fato que nos remete ao mundo de muitos cientistas desde o século XIX até os dias atuais. As buscas incessantes por uma maneira adequada de agrupar as propriedades químicas e físicas dos elementos descobertos levaram ao conhecimento das propriedades de cada elemento e de seu comportamento em meio reacional. Intrigados com o modo pelo qual essa lógica matemática ocorria na natureza, os cientistas acumulavam, a cada descoberta, um verdadeiro emaranhado de propriedades e relações atômicas. Assim, a organização de uma tabela que traduzisse essa concepção era inevitável, e isso levou um grande número de estudiosos e pesquisadores a se dedicar ao estudo das propriedades físico-químicas dos materiais. Tudo levava a crer que os elementos químicos também deviam se apresentar em grupos cujas propriedades fossem semelhantes.
Tríades de Döbereiner Por volta de 1817, Johann Wolfgang Döbereiner estabeleceu a relação entre os valores das massas dos átomos (massas atômicas atuais) do cálcio, do estrôncio e do bário. Döbereiner percebeu que o estrôncio apresentava massa atômica praticamente igual à média aritmética das massas atômicas do cálcio e do bário. Ele denominou essa propriedade de lei das tríades. Mais tarde, em 1829, essa lei também foi verificada junto às tríades dos halogênios – cloro, bromo e iodo – e às tríades dos metais alcalinos – lítio, sódio e potássio.
Figura 01 - Tríades de Döbereiner
A ideia da lei das tríades se estendeu e vários outros cientistas entre 1829 e 1858, como Dumas, Gmelin, Cooke e outros, verificaram a existência de novas tríades de elementos. O flúor foi acrescentado aos halogênios já conhecidos; o oxigênio, o enxofre e o telúrio foram dispostos em uma nova família; o nitrogênio, o fósforo, o arsênio, o antimônio e o bismuto, em outra. Era o início de uma organização dos elementos químicos em grupos ou famílias que culminaria, em breve, na grande tabela das propriedades periódicas. No entanto, o estudo das tríades dos elementos químicos foi abandonado, uma vez que os valores precisos das massas atômicas não podiam ser determinados naquela época. Esses valores só foram estabelecidos no primeiro Congresso Internacional de Química, realizado na Alemanha em 1860, na cidade de Heidelberg.
240
Ciências da Natureza e suas Tecnologias
Parafuso telúrico de Chancourtois Mais tarde (1862), o geólogo francês Alexandre de Chancourtois relacionou a periodicidade das propriedades químicas e físicas dos elementos químicos, posicionando-os, de maneira surpreendente, em ordem crescente de massa atômica sobre a espiral de um cilindro. O fato interessante era que ao destacar linhas verticais sobre esse cilindro, apareciam grupos de elementos com propriedades semelhantes. Chancourtois sugeria que as propriedades dos elementos estavam diretamente relacionadas ao número que o elemento ocupava na sequência. As ideias de Chancourtois não receberam muito crédito, pois as regularidades encontradas por ele não eram obedecidas por todos os elementos conhecidos na época. Essa disposição foi chamada parafuso telúrico.
Figura 02 - Parafuso telúrico
Lei das oitavas de Newlands Um ano mais tarde – 1863 – o químico inglês John Newlands, dispondo em 11 grupos os 63 elementos conhecidos até o momento em ordem crescente de massas atômicas, percebeu regularidades nas propriedades físico-químicas, havendo uma nítida repetição dessas propriedades a partir do múltiplo 8 em massa atômica. Newlands fez uma analogia entre as propriedades de sua tabela e as propriedades das notas musicais. Assim surgiu em 1864 a lei das oitavas. De acordo com Newlands, todo elemento teria repetição de propriedades, sendo semelhante ao oitavo elemento posterior em relação a si mesmo na tabela periódica. B09 Tabela Periódica
Tabela Periódica de Mendeleev A descoberta das propriedades químicas periódicas dos elementos caminhava concomitantemente à ânsia de todos aqueles que não conseguiam encontrar a lógica natural da organização dos átomos. Foi nesse contexto que dois grandes cientistas se destacaram no estudo da tabela periódica: Julius Lothar Meyer e Dmitri Ivanovitch Mendeleev. 241
Química
A tabela de Mendeleev ganhou notoriedade e confiança quando foi comparada com a tabela de Meyer por três motivos: publicada duas semanas depois de seu artigo, enquanto a de Meyer foi publicada somente um ano após o seu estabelecimento. nn Mendeleev fez uma tabela mais flexível, deixando espaços em branco que futuramente poderiam ser preenchidos por novos elementos a serem descobertos. A de Meyer não apresentava essa possibilidade. nn Mendeleev fez previsões sobre os elementos que seriam descobertos, indicando valores de algumas propriedades, como massa atômica, gravidade específica (densidade) para o elemento, e as fórmulas para o óxido e para o sal do tipo cloreto que o novo elemento iria formar. Praticamente todas as previsões de Mendeleev estavam corretas. Meyer não conseguiu estabelecer essas afirmações.
B09 Tabela Periódica
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nn Fora
Figura 01 - À esquerda, imagem do Dmitri Ivanovich Mendeleev (18341907). À direita, imagem de Henry Moseley (1887-1915).
242
Enfim, a tabela periódica dos elementos de Mendeleev já era reconhecida na Europa Ocidental, pelos mais renomados cientistas, desde o final do século XIX. Entretanto, algumas modificações seriam estabelecidas com o advento de novos métodos de investigação. No século XX (1913), o físico inglês Henry Moseley desenvolveu o conceito de número atômico por meio do bombardeamento de núcleos dos elementos químicos com métodos de difração de raios X (elétrons de alta energia). Moseley percebeu que a frequência emitida pelo elemento ao ser bombardeado aumentava proporcionalmente ao aumento de sua massa atômica. Assim, Moseley associou um número inteiro à frequência emitida para um dos elementos, chamando esse número de número atômico. Dessa forma, estabeleceu-se uma relação direta com o número de prótons no interior do núcleo. Desse modo, alguns problemas da tabela de Mendeleev foram corrigidos: nn Elementos foram rearranjados em um novo lugar na tabela periódica, caso do argônio e do potássio. nn Os espaços em branco deixados por Mendeleev tiveram suas propriedades determinadas e confirmadas mais uma vez, indicando que as previsões anteriormente feitas por ele estavam corretas. nn O conceito de número atômico estabeleceu a rigidez correta de identificação dos átomos dos elementos químicos, criando os casos de isótopos na Química. Henry Moseley faleceu em 1915 aos 28 anos, em combate na Primeira Guerra Mundial. Até hoje, a Inglaterra lamenta o fato de ter deixado Moseley ser enviado à guerra. O eminente físico, provavelmente, chegaria a um Prêmio Nobel em breve, devido ao seu brilhantismo nas pesquisas realizadas.
Fonte: wikimedia commons / Unknown
Por incrível que pareça, os dois cientistas não desenvolveram seus estudos em parceria, tampouco sabiam da existência do trabalho realizado pelo outro. As únicas situações que eles apresentavam em comum era que ambos tinham realizado estudos no laboratório de Robert Bünsen, em Heidelberg, na Alemanha, além de terem participado do primeiro congresso internacional de Química, em 1860. No mais, podemos afirmar que os dois não apresentavam mais nada em comum. Entretanto, tanto Meyer, na Alemanha, quanto Mendeleev, na Rússia, desenvolveram tabelas que traduzem praticamente as mesmas relações e estruturas de repetições das propriedades dos elementos. Os dois perceberam um padrão de repetição das propriedades físico-químicas à medida que os elementos eram dispostos em ordem crescente de massas atômicas. Naquela época, não se tinha conhecimento dos números atômicos dos elementos e, portanto, todos os cálculos eram realizados com base nos valores das massas atômicas.
Ciências da Natureza e suas Tecnologias
Exercícios de Fixação 01. Em 1862, o geólogo francês Alexandre-Émile Béguyer de Chancourtois (1820-1886) procurou posicionar os elementos químicos conhecidos sobre a espiral de um cilindro. Ao longo dessa superfície cilíndrica, Chancourtois traçou uma linha com inclinação de 45° e organizou os elementos em ordem crescente de massa, de modo que os que ficavam em uma mesma vertical do cilindro (geratriz) apresentavam propriedades semelhantes.
Tríade Cálcio, estrôncio e bário
Elemento
Massa atômica
Ca
40,1
Sr
X
Ba
137,3
03. Da mesma forma que Döbereiner observou que a massa do estrôncio era aproximadamente a média aritmética da massa do cálcio e do bário, ele também pode observar essa regra matemática para outros elementos químicos, como por exemplo, para o cloro, bromo e iodo. Utilizando essas informações e seus conhecimentos, determine a massa dos elementos na tabela a seguir:
Tríade X, Y e Z
Elemento
Massa atômica
X
MAX
Y
79,9
Z
126,9
04. Em 1863, o químico e músico inglês John Alexander Reina Newlands (1837-1898) observou uma regularidade de semelhanças entre os elementos químicos a qual ele denominou de lei das oitavas. De acordo com essa lei, as propriedades de um elemento seriam semelhantes às do sétimo elemento posterior a ele.
Considerando as informações do texto e seus conhecimentos, represente os símbolos dos elementos químicos cujas propriedades químicas são semelhantes, segundo o modelo de disposição de Parafuso Telúrico.
Espera-se que o aluno represente os seguintes símbolos pertencentes às famílias do (F, C); (Li, Na, K); (Be, Mg, Ca); (B, A); (C, Si); (N, P); (O, S).
02. Em 1817, o químico alemão Johann Döbereiner (1780-1849) percebeu que havia uma relação matemática entre as massas de alguns elementos químicos conhecidos na época. Ao analisar os elementos cálcio, estrôncio e bário, ele notou que o valor da massa do átomo de estrôncio era praticamente igual à média aritmética dos valores das massas dos átomos de cálcio e de bário, elementos recém-descobertos. A essa relação matemática, Döbereiner denominou de regra das tríades. Utilizando essas informações e seus conhecimentos, determine a massa dos elementos na tabela a seguir:
F
Cl
Br
Na
K
Rb
Mg
Ca
Sr
Al
Cr
Ce
Si
Ti
Zn
P
Mn
Di
S
Fe
Ru
Considerando a tabela de elementos representada, as informações do texto e os seus conhecimentos a respeito do assunto discutido, responda: Para o elemento flúor, sódio e magnésio, qual o próximo elemento do grupo cuja propriedade química é semelhante a ele formando, portanto, um grupo?
Gabarito questão 04 Espera-se que o aluno represente os seguintes símbolos: • Para o flúor (F), o próximo elemento é o cloro (C). Verifique que o cloro é o sétimo elemento posterior ao flúor. • Para o sódio (Na), o próximo elemento é o potássio (K). Verifique que o potássio é o sétimo elemento posterior ao sódio. • Para o magnésio (Mg), o próximo elemento é o cálcio (Ca). Verifique que o cálcio é o sétimo elemento posterior ao magnésio.
243
B09 Tabela Periódica
Organização dos elementos químicos segundo a lei das oitavas (1865)
Química
Exercícios Complementares 01. (Uerj RJ) Em uma das primeiras classificações periódicas, os elementos químicos eram organizados em grupos de três, denominados tríades. Os elementos de cada tríade apresentam propriedades químicas semelhantes, e a massa atômica do elemento central equivale aproximadamente à média aritmética das massas atômicas dos outros dois. Observe as tríades a seguir:
Com base nos critérios dessa classificação, a letra X corresponde ao seguinte elemento químico: a) O b) As c) Se d) Po 02. (Ufscar SP) A classificação periódica contida no final desse caderno de questões nem sempre apresentou o atual formato. Em 1862, o geólogo francês Chancourtois (18201886) havia organizado os elementos químicos na forma de um parafuso. Tal organização ficaria conhecida como “parafuso telúrico” e encontra-se esquematizada na figura.
Fonte: (www.mundoeducacao.com. Adaptado.)
B09 Tabela Periódica
Considerando os três elementos químicos alinhados verticalmente e que estão mais próximos à faixa azul, na figura, o que apresenta maior raio atômico e a carga do seu íon mais estável são, respectivamente, a) Li e +1. b) K e +1. c) K e +2. d) Na e +1. e) Na e +2.
244
03. (UECE) Dmitri Mendeleev, químico russo (1834–1907), fez prognósticos corretos para a tabela periódica, mas não soube explicar por que ocorriam algumas inversões na ordem dos elementos. Henry Moseley (1887–1915), morto em combate durante a Primeira Guerra Mundial, contribuiu de maneira efetiva para esclarecer as dúvidas de Mendeleev ao descobrir experimentalmente a) o número atômico dos elementos da tabela periódica. b) a primeira lei de recorrência dos elementos químicos. c) os gases nobres hélio e neônio. d) o germânio, batizado por Mendeleev de eka-silício. 04. (ITA SP) As propriedades dos elementos químicos são função periódica de sua (seu): a) massa atômica b) número atômico c) diâmetro atômico d) número de oxidação e) raios atômico e iônico 05. (UECE) “O raciocínio indutivo se desenvolve a partir do que já é conhecido, mas requer uma etapa adicional para descrever o que ainda é desconhecido.” (Jacob Bronowski – A escalada do homem).
Foi o raciocínio indutivo que permitiu ao cientista Mendeleev a) sugerir a existência do germânio e do gálio até então desconhecidos. b) montar a tabela periódica na ordem crescente de números atômicos. c) estabelecer a primeira lei periódica conhecida como a lei das oitavas. d) descobrir, a partir de outros elementos, a estrutura dos gases nobres. 06. (IF SC) Os sais minerais são nutrientes que têm a função plástica e reguladora do organismo. São encontrados na água (água mineral) e na maioria dos alimentos e participam de várias estruturas do corpo humano, em grande parte do esqueleto. São exemplos de sais minerais: sais de cálcio, de fósforo, de potássio, de sódio e de ferro. Sobre os sais minerais citados no texto é CORRETO afirmar que: a) Nenhum elemento químico pertence a uma mesma família química, de qualquer elemento citado. b) Todos os elementos citados no texto são da mesma família química. c) O cálcio é um elemento da mesma família química do potássio. d) O sódio é um elemento da mesma família química do potássio, ou seja, são dois alcalinos. e) O ferro pertence à família dos halogêneos.
FRENTE
B
QUÍMICA
MÓDULO B10
A TABELA PERIÓDICA ATUAL A moderna disposição das propriedades periódicas dos elementos químicos produziu a tabela periódica atual, que é formada por 7 linhas horizontais e por 18 colunas verticais. As linhas horizontais são denominadas de períodos, e as colunas verticais são denominadas de grupos ou famílias. Essa divisão foi estabelecida com base nas semelhanças das propriedades químicas e físicas dos elementos, quando dispostos em ordem crescente de números atômicos. Devemos reforçar que a atual disposição dos elementos foi proposta com base na Lei de Moseley, ou seja, os elementos são dispostos na tabela periódica em ordem crescente de número atômico.
ASSUNTOS ABORDADOS nn A tabela periódica atual nn Períodos da tabela periódica nn Grupos ou famílias da tabela periódica nn Regras de localização em função da configuração eletrônica
SAIBA MAIS Para elementos que não possuem isótopos estáveis ou de longa duração, está indicado entre colchetes o número de massa do isótopo com maior tempo médio de existência. A descoberta dos 111 elementos já foi divulgada por pesquisadores, mas aguarda o reconhecimento da IUPAC para figurar na tabela.
245
Química
Períodos da tabela periódica Já dissemos que a tabela periódica atual apresenta linhas e colunas. As linhas horizontais, os chamados períodos, são numeradas de 1 a 7. O número do período indica a quantidade de níveis de energia que o elemento químico possui na eletrosfera. Assim, quando dizemos que o hidrogênio e o hélio estão localizados no 1º período da tabela periódica, podemos afirmar que esses dois elementos químicos possuem eletrosfera com um único nível de energia, ou seja, têm seus elétrons distribuídos no nível K da eletrosfera. Da mesma forma, quando analisamos um elemento químico que se encontra localizado no 7º período da tabela periódica, como o rádio (Ra), podemos afirmar que ele apresenta elétrons distribuídos em 7 níveis de energia (K - L - M - N - O - P - Q). As propriedades químicas de um elemento químico dependem do número de elétrons da camada de valência. Nesse aspecto, é importante estabelecer uma relação entre o estudo dos períodos da tabela periódica e as propriedades químicas dos elementos. De maneira geral, podemos classificar os períodos da tabela periódica da seguinte forma: nn O 1° período apresenta apenas 2 elementos químicos,
sendo por isso chamado de período muito curto.
nn O 2° e o 3° períodos apresentam 8 elementos químicos,
B10 A Tabela Periódica Atual
sendo chamados de períodos curtos. nn O 4° e o 5° períodos apresentam 18 elementos químicos, sendo chamados de períodos longos. nn O 6° período apresenta 32 elementos químicos, sendo chamado de período muito longo.
nn O
7º período apresenta-se parcialmente preenchido pelo total possível de elementos químicos, sendo chamado de período incompleto.
Os elementos pertencentes a um mesmo período apresentam propriedades químicas e físicas diferentes. Isso porque as propriedades químicas dependem do número de elétrons na camada de valência. Uma vez que ao percorrer um período, o número de elétrons da camada de valência muda, também mudam as propriedades químicas.
Grupos ou famílias da tabela periódica Já dissemos que a tabela periódica apresenta 18 colunas verticais chamadas de grupos ou famílias em que temos dispostos mais de 100 elementos químicos. Esses grupos são divididos em elementos representativos ou típicos, elementos de transição e elementos de transição interna. Elementos representativos Os elementos representativos são aqueles pertencentes aos grupos 1, 2, 13, 14, 15, 16, 17 e 18. Esses grupos têm nomes especiais, por exemplo, grupo dos metais alcalinos, grupo dos halogênios, grupo dos gases nobres etc. Na tabela a seguir, temos, além do nome específico para cada um dos grupos, o número de elétrons e a configuração eletrônica da camada de valência. Os elementos dos grupos 3 a 12 são chamados de elementos de transição. Entre os elementos de transição, temos os lantanídeos e os actinídeos que por sua vez formam os elementos de transição interna.
Família ou grupo
Nome específico do grupo
Número de elétrons na camada de valência
Configuração eletrônica da camada de valência
1
Metais alcalinos
1
ns1
2
Metais alcalinoterrosos
2
ns2
13
Grupo do alumínio
3
ns2 np1
14
Grupo do carbono
4
ns2 np2
15
Grupo do nitrogênio
5
ns2 np3
16
Calcogênios
6
ns2 np4
17
Halogênios
7
ns2 np5
18
Gases nobres
8
ns2 np6
Regras de localização em função da configuração eletrônica Os elementos químicos dispostos na tabela periódica são localizados em função do período e do grupo a que pertencem. Assim sendo, devemos seguir algumas regras com base na configuração eletrônica em subníveis de energia.
246
Ciências da Natureza e suas Tecnologias
Lembre-se de que: nnelétron
diferencial é o elétron de maior energia no diagrama de distribuição;
nncamada
de valência é o nível mais externo da eletrosfera, representado no diagrama pelo último nível. No caso da localização da família ou grupo, devemos utilizar os números de elétrons da camada de valência e somá-los. Caso o elétron diferencial esteja localizado no subnível p, devemos acrescentar um fator de correção 10 para obter o número do grupo. A seguir, alguns exemplos de localização. Na (Z = 11) ⇒ 1s2 2s2 2p6 3s1 O sódio apresenta 1 elétron na 3a camada (camada de valência). Logo, está localizado no 3° período e grupo 1 da tabela periódica. B (Z = 5) ⇒ 1s2 2s2 2p1 O boro apresenta 3 elétrons na 2a camada (camada de valência). Logo, está localizado no 2° período e grupo 13 da tabela periódica. Nesse caso, para localizar o grupo, devemos adicionar o fator de correção 10 ao número de elétrons da camada de valência. Assim, 3 + 10 = 13. Portanto, o boro é do grupo 13 da tabela periódica. A adição do fator de correção ao número de elétrons da camada de valência deve ser feita sempre que o elétron diferencial estiver localizado no subnível p.
O cloro apresenta 7 elétrons na 3a camada (camada de valência). Logo, está localizado no 3° período e grupo 17 da tabela periódica. Novamente, para se chegar ao número do grupo, devemos adicionar ao número de elétrons da camada de valência o fator de correção 10. Ar (Z = 18) ⇒ 1s2 2s2 2p6 3s2 2p6 O argônio apresenta 8 elétrons na 3a camada (camada de valência). Logo, está localizado no 3° período e grupo 18 da tabela periódica. Nesse caso, também devemos somar o fator de correção 10 para localizar o número do grupo do elemento. Estudo dos elementos de transição Os elementos de transição se caracterizam por apresentar elétron diferencial em subnível d. São elementos metálicos e se encontram no estado sólido em condições ambientes, exceto o mercúrio, que se encontra no estado líquido. Caracterizam-se por apresentar elétron diferencial em subnível d da penúltima camada ou nível de energia. Além dos elementos de transição, ainda temos os elementos de transição interna, também chamados de Lantanídeos e actinídeos .Os elementos de transição interna apresentam elétrons diferenciais no subnível f da antepenúltima camada ou nível de energia.
Para os elementos de transição, localizamos o grupo ou família adicionando o número de elétrons da camada de valência ao número de elétrons presente no subnível d da penúltima camada ou nível de energia. Fe (Z = 26) ⇒ 1s2 2s2 2p6 3s2 2p6 4s2 3d6 O ferro apresenta 2 elétrons na 4a camada (4s2 - camada de valência). Logo, está localizado no 4° período. Para determinar seu grupo, devemos adicionar o número de elétrons da camada de valência ao número de elétrons do subnível d da penúltima camada. Na camada de valência (4s2), temos 2 elétrons; no subnível d da penúltima camada (3d6), temos 6 elétrons. Assim, adicionando (2 + 6 = 8) esses elétrons encontramos o resultado 8. Logo, o ferro está localizado no grupo 8 da tabela periódica. Considere para mais um exemplo o cádmio, cujo número atômico é 48. Cd (Z = 48) ⇒ 1s2 2s2 2p6 3s2 2p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 O cádmio apresenta 2 elétrons na 5a camada (5s2 - camada de valência). Logo, está localizada no 5° período. Para determinar o grupo, devemos adicionar o número de elétrons da camada de valência ao número de elétrons do subnível d da penúltima camada. Na camada de valência (5s2), temos 2 elétrons; no subnível d da penúltima camada (4d10), temos 10 elétrons. Assim, adicionando (2 + 10 = 12) esses elétrons encontramos o resultado 12. Logo, o cádmio está localizado no grupo 12 da tabela periódica. 247
B10 A Tabela Periódica Atual
C (Z = 17) ⇒ 1s2 2s2 2p6 3s2 2p5
Química
Exercícios de Fixação 01. A Tabela Periódica passou por diversas tentativas de organização até se chegar ao modelo atual. Mendeleev, utilizando de propriedades de massa atômica, propôs uma organização. Por meio de experimentos, Henry Moseley fez algumas modificações na tabela de Mendeleev. Tais modificações decorreram do experimento de a) Ionização dos átomos b) análise da Regra das Tríades c) difração de raios - X no núcleo d) comprovação das Leis Ponderais e) disposição das massas atômicas dos átomos 02. A seguir, temos afirmações relacionadas à tabela periódica. Considerando seus conhecimentos sobre o assunto, julgue os itens em certo (C) ou errado (E). 01. os elementos estão organizados em ordem crescente de número atômico e distribuídos de modo a situar os de propriedades mais semelhantes em uma mesma coluna; 02. atribui-se o nome período ao conjunto de elementos de cada coluna. As linhas horizontais foram denominadas grupos ou famílias; 03. alguns gases nobres não são inertes, isto é, são capazes de reagir com outras substâncias; 04. obtêm-se elementos artificiais a partir de transformações na eletrosfera de elementos naturais; 05. os símbolos dos elementos: sódio, chumbo, manganês, magnésio e antimônio são, respectivamente, Na, Pb, Mn, Mg, e Sb.
01 - 05
03. (UFC CE) Marque a série que é composta de halogênio, metal alcalino e gás nobre, respectivamente: a) C, Ca e Na. b) F, Na e He. c) K, C e A. d) F, Na e He. e) B, C e O. 04. (Uel PR) A configuração eletrônica 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 B10 A Tabela Periódica Atual
4s2 4p4 caracteriza o elemento químico pertencente à família dos: a) metais alcalinos b) metais alcalino terrosos (alcalinoterroso) c) gases nobres d) halogênios e) calcogênios
248
05. (Unama AM) Na classificação periódica, os elementos Ba (grupo-2), Se (grupo-16) e C (grupo-17) são conhecidos respectivamente, como: a) alcalino, halogênio e calcogênio. b) alcalino-terroso, halogênio e calcogênio. c) alcalino-terroso, calcogênio e halogênio. d) alcalino, halogênio e gás nobre. e) alcalino-terroso, calcogênio e gás nobre. 06. A seguir, temos as configurações eletrônicas de alguns elementos no estado fundamental. A partir dessas configurações eletrônicas, localize o período e o grupo do elemento na tabela periódica. Caso, o grupo tenha um nome específico, atribua nome a ele. I) 1s2 2s2 3s2 3p6 II) 1s2 2s2 3s2 3p6 4s2 III) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p2 IV)1s2 2s2 3s2 3p6 4s2 3d10 V) 1s2 2s2 3s2 3p3
I) 3° Período, grupo 18, gás nobre. II) 4° Período, grupo 2, alcalinoterroso. III) 3° Período, grupo 14, grupo do carbono. IV) 4° Período, grupo 12. V) 3º Período, grupo 15, grupo do nitrogênio.
07. (Unemat MT) Estudo sobre o teor de metais em solos superficiais de 14 parques públicos do município de São Paulo revelou elevada presença de metais potencialmente tóxicos, como chumbo, cobre e arsênio. As concentrações estão acima dos valores de referência definidos pela Companhia de Tecnologia de Saneamento Ambiental (Cetesb) e acima de valores de intervenção em países como Alemanha e Holanda, o que poderia representar risco para a saúde dos frequentadores. Disponível em: http://agencia.fapesp.br/10461. Acesso em: 30 out. 2013.
Sobre os elementos chumbo (Z = 82), cobre (Z = 29) e arsênio (Z = 33), é correto afirmar que: a) O chumbo, o arsênio e o cobre são metais de transição. b) O cobre é um ametal. c) O chumbo está no mesmo período que o arsênio na tabela periódica. d) O arsênio tem oito elétrons na camada de valência. e) O chumbo e o arsênio são elementos representativos. 08. (Puc RJ) O subnível de maior energia do átomo de certo elemento químico é 4d5. Esse elemento é: a) um metal representativo do 4o Período da Tabela Periódica. b) um metal representativo do 5o Período da Tabela Periódica. c) um metal de Transição do 5o Período da Tabela Periódica. d) um metal de Transição do 4o Período da Tabela Periódica. e) um metal de Transição do grupo 5B da Tabela Periódica.
Ciências da Natureza e suas Tecnologias
Exercícios Complementares 01. (UECE) O elemento químico com Z = 54 possui em sua camada de valência a configuração 5s25p6. Os elementos com Z = 52 e com Z = 56 pertencem às famílias dos: a) calcogênio e alcalinoterrosos. b) halogênios e alcalinos. c) halogênios e alcalinoterrosos. d) calcogênios e alcalinos. e) nenhuma das anteriores.
05. (Ufac AC) A distribuição eletrônica de um átomo é 1s2 2s2 2p6 3s2 3p5. Isso nos permite afirmar que se trata de um: a) metal alcalino. b) halogênio. c) calcogênio. d) metal alcalino terroso ou alcalinoterroso. e) gás nobre.
02. (UFPA) O átomo cuja configuração eletrônica é representada por [Ar] 4s2 3d104p1 está localizado na Tabela Periódica no a) 3° período e no subgrupo IVA. b) 3° período e no subgrupo IIIA. c) 4° período e no subgrupo IIIA. d) 4° período e no subgrupo IIA. e) 4° período e no subgrupo IA.
06. (Unaerp SP) A degeneração das articulações, levando as pessoas a sentir dores e limitações nos movimentos, é chamada de artrose. A alimentação artificial e com alimentos refinados tem carências em oligoelementos como: Zn, Mg, Mn, Li, etc., levando a uma carência enzimática, facilitando uma artrose precoce. Alimentos como café, mate, cacau, álcool e produtos sintéticos levam também a um sequestro dos oligoelementos, favorecendo a artrose. Identifique a que família dos elementos químicos pertence os oligoelementos citados: a) Lantanídeos c) Halogênios e) Metais b) Calcogênios d) Gases nobres
04. (Fuvest SP) Um astronauta foi capturado por habitantes de um planeta hostil e aprisionado numa cela, sem seu capacete espacial. Logo começou a sentir falta de ar. Ao mesmo tempo, notou um painel como o da figura abaixo:
Sabendo que cada quadrado era uma tecla, ele apertou duas delas, voltando a respirar bem. As teclas apertadas foram: a) @ e # b) # e $ c) $ e % d) % e & e) & e *
07. (Udesc SC) Os elementos químicos sódio, ferro e fósforo são de grande importância para a sociedade, pois possuem inúmeras aplicações. Esses três elementos possuem a seguinte distribuição eletrônica: Na – 1s2 2s2 2p6 3s1 Fe – 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d6 P – 1s2 2s2 2p6 3s2 3p3 A partir das distribuições eletrônicas acima, assinale a alternativa incorreta. a) O ferro é um elemento de transição interna. b) O fósforo é um elemento pertencente ao grupo do nitrogênio. c) O sódio é um metal alcalino. d) O fósforo é um não metal. e) O ferro é um metal. 08. (Udesc SC) No Ano Internacional da Química, homenageia-se a cientista Marie Curie, primeira mulher a ganhar um Prêmio Nobel. Ela descobriu o elemento químico rádio, um elemento alcalinoterroso. Em relação aos elementos da família dos alcalinoterrosos, é incorreto afirmar que: a) Apresentam baixas energias de ionização. b) Têm configurações eletrônicas terminadas em ns2. c) São metais não reativos. d) O magnésio e o cálcio são elementos dessa família. e) São tipicamente encontrados na forma de cátion com carga 2+.
249
B10 A Tabela Periódica Atual
03. (Unic MT) Um elemento X é isóbaro do 40Ca e isótono do 41 19 K . Sobre esse elemento, fazem-se as seguintes afirmativas: I. Pertence ao 3° período da tabela periódica. II. É um elemento representativo que apresenta dois elétrons de valência. III. Apresenta o último orbital p completo. São corretas as afirmativas: a) I e II. d) II apenas. b) II e III. e) Nenhuma delas. c) I e III.
FRENTE
B
QUÍMICA
MÓDULO B11
ASSUNTOS ABORDADOS nn Propriedades da Tabela Periódica nn Raio atômico nn Raio dos íons nn Energia de ionização nn Afinidade eletrônica nn Eletronegatividade
PROPRIEDADES DA TABELA PERIÓDICA A periodicidade das propriedades dos elementos químicos, à medida que o número atômico aumenta, permite organizá-los em períodos e grupos. Com isso, muitas previsões foram estabelecidas e até mesmo antecipadas para elementos químicos ainda na iminência de serem descobertos. As previsões de Mendeleiev para os elementos eka-boro e eka-silício, e posterior comprovação, eram uma prova de que havia realmente uma lógica matemática de repetições de propriedades dos elementos. Neste módulo, estudaremos essas propriedades e o modo como elas variam à medida que percorrermos uma família ou um período. Estudaremos as relações entre as configurações eletrônicas, a reatividade dos elementos, o raio do átomo ou dos íons, o ponto de fusão, o ponto de ebulição, a densidade etc.
Raio atômico
O aumento do número atômico ocorre quando deslocamos de cima para baixo nas famílias ou da esquerda para a direita nos períodos da tabela periódica. É justamente esse aumento de número atômico o responsável pela periodicidade dos elementos. De acordo com o modelo de átomo de Böhr, os períodos estão relacionados com níveis eletrônicos de energia, ou seja, para cada nível de energia do átomo há um período correspondente na tabela periódica. Dessa forma, podemos analisar as variações dos raios atômicos como função periódica dos números atômicos. Por exemplo, quando percorremos o segundo período da tabela – do lítio (Z = 3) ao flúor (Z = 9) – notamos que há um aumento do número atômico, porém não há aumento no número de níveis eletrônicos, logo, não há aumento no volume da eletrosfera, o que acarreta aumento na atração do núcleo sobre as duas camadas eletrônicas, diminuindo o tamanho do átomo.
Figura 01 - Representação dos raios atômicos, em picômetros, dos elementos representativos naturais. Na imagem, as esferas roxas representam os metais, as amarelas os não metais, as azuis os gases nobres e a alaranjada o hidrogênio. (imagem fora da escala e em cores ilustrativas).
250
Ciências da Natureza e suas Tecnologias
No entanto, quando descemos uma família da tabela periódica, por exemplo: do lítio (Z = 3) ao césio (Z = 55) ou do flúor (Z = 9) ao iodo (Z = 53), ocorre o inverso. Com o aumento do número atômico, há aumento do número de níveis de energia ou de camadas, e o átomo aumenta de tamanho. Nesse caso, é interessante notar que a atração do núcleo sobre a eletrosfera, em virtude do aumento de número atômico, não acompanha o aumento do raio e, por isso, o átomo aumenta de tamanho. Essas duas relações podem ser verificadas na ilustração anterior. Assim, podemos propor um gráfico de variação de tamanho para o átomo da seguinte forma:
Raio dos íons O tamanho de cada íon depende da carga nuclear efetiva a que os elétrons periféricos estão sujeitos. Assim, nos cátions temos diminuição das forças de repulsão entre os elétrons: a formação de um cátion ocorre pela perda de elétrons da camada de valência. Logo, o cátion tem raio menor que o átomo que lhe deu origem. Já os ânions apresentam raios maiores que os átomos que lhes deram origem: a formação de um íon ânion ocorre por ganho de elétrons, aumentando as interações repulsivas entre os elétrons da camada de valência. A seguir, temos uma tabela que mostra os raios dos átomos e dos íons dos metais alcalinos (a) e dos halogênios (b).
Há casos em que dois ou mais íons (cátions e/ou ânions) apresentam o mesmo número de elétrons. Diz-se, então, que temos um grupo de íons isoeletrônicos. Nesses casos, tem maior raio o íon que apresentar o menor número atômico.
Íons
O2-
F1-
Na1+
Mg2+
Al3+
Número atômico (Z)
8
9
10
11
12
Raio (pm)
140
133
97
66
51
De maneira geral, podemos afirmar que: nn O raio do cátion é sempre menor que o raio do átomo correspondente; nn O raio do ânion é sempre maior que o raio do átomo correspondente; nn Íons isoeletrônicos: tem maior raio aquele que apresentar o menor número atômico.
Energia de ionização A energia mínima necessária para retirar um elétron de um átomo no estado gasoso formando um íon positivo (cátion), também no estado gasoso, é denominada energia de ionização. Por exemplo, o gás nobre hélio, ao receber uma determinada quantidade de energia, sofre ionização formando o cátion He+. Essa energia necessária para ionizar o gás nobre hélio é chamada de energia de ionização. He(g) + 2373 kJ → He+(g) + e− Assim, o hélio absorve 2373 kJ de energia para perder o primeiro elétron, formando um cátion monovalente. A segunda energia de ionização é sempre maior que a primeira e assim por diante. 251
B11 Propriedades da Tabela Periódica
Em íon isoeletrônico, à medida que o número atômico aumenta, o raio diminui
Química
O gráfico a seguir relaciona a variação periódica das energias de ionização. Os gases nobres sempre possuem energias de ionização maiores que as dos metais alcalinos, quando comparados em um mesmo período. No entanto, quando percorremos um mesmo grupo, a energia de ionização diminui à medida que o número atômico aumenta.
A periodicidade dessa propriedade na tabela periódica pode ser analisada da seguinte forma: nn Nos
períodos, a energia de ionização aumenta da esquerda para a direita. Os metais alcalinos apresentam as menores energias de ionização, e os gases nobres, as maiores. Isso porque, à medida que nos movemos em um período da esquerda para a direita, há aumento de carga nuclear efetiva e diminuição do raio atômico, o que produz aumento na energia de ionização.
nn Nos
grupos ou famílias, a energia de ionização diminui de cima para baixo. Isso se explica devido ao baixo aumento na carga nuclear efetiva e ao grande aumento do raio atômico.
nn Tanto
nos períodos quanto nas famílias, existem irregularidades nas variações das energias de ionização.
Afinidade eletrônica B11 Propriedades da Tabela Periódica
A afinidade eletrônica mede a tendência que um átomo tem de receber elétrons, ou seja, mede a energia desenvolvida (liberada) por um átomo gasoso quando um elétron é adicionado a sua eletrosfera formando um íon ânion, também no estado gasoso. O flúor, por exemplo, libera 333 kJ para cada mol de elétrons adicionados. 1 2
F2(g) + 1 e- → F− (g) + 333 kJ/mol
Não definimos valores de energia de afinidade eletrônica para os gases nobres, ou seja, todos os gases nobres apresentam camada de valência completa e por isso a adição de novos elétrons gera repulsão, desenvolvendo energia absorvida para a afinidade eletrônica. Por definição, a afinidade eletrônica mede a energia liberada. He(g) + e− + energia → He−(g) 252
Ciências da Natureza e suas Tecnologias
Quanto à variação das afinidades eletrônicas, temos: nn Nos
períodos, a afinidade eletrônica aumenta da esquerda para a direita. Os metais alcalinos apresentam as menores energias de ionização, e os halogênios, as maiores. Os gases nobres são exceções: não se define afinidade eletrônica para os gases nobres.
nn Nos
grupos ou famílias, a afinidade eletrônica aumenta de baixo para cima, porém não sofre grandes variações.
nn Tanto
nos períodos quanto nas famílias existem irregularidades nas variações das energias de afinidade eletrônica, como o caso do grupo 15 da tabela periódica, anteriormente citado.
A seguir, temos o gráfico da variação das energias de afinidade eletrônica em função do número atômico.
Eletronegatividade
Linus Pauling é mundialmente reconhecido como um dos principais químicos do século XX. Foi pioneiro na aplicação da Mecânica Quântica em química e, em 1954, foi agraciado com o Nobel de Química pelo seu trabalho relativo à natureza das ligações químicas. Também atuou de forma importante da determinação da estrutura de proteínas e cristais, sendo considerado um dos fundadores da Biologia Molecular. Durante suas investigações em tal área esteve perto de descobrir a estrutura da dupla hélice do DNA, conquista esta realizada em 1953 por James Watson e Francis Crick.
253
B11 Propriedades da Tabela Periódica
As variações gerais de eletronegatividade mostram que ela cresce da esquerda para a direita, nos períodos, e de baixo para cima, nas famílias ou grupos da tabela periódica. São exceção os gases nobres. A seguir, temos representada a variação da eletronegatividade em alguns períodos da tabela periódica.
Fonte: wikimedia commons / Nobel Foundation
A eletronegatividade mede a tendência que um átomo tem de atrair o par de elétrons quando compartilhado em uma ligação covalente. Portanto, não se trata de uma grandeza absoluta e, sim, relativa. No quadro a seguir, temos as eletronegatividades relativas dos elementos químicos.
Eletronega vidade
Química
Gráfico 01 - Variação da eletronegatividade em função do número atômico
Na representação acima, podemos dizer que o elemento flúor é o de maior eletronegatividade, enquanto que os elementos metais alcalinos têm menor negatividade. Outra observação importante é que o hidrogênio, mesmo posicionado à esquerda na tabela periódica, possui eletronegatividade considerável. Para os gases nobres não temos definição de eletronegatividade, uma vez que, em nível de Ensino Médio, não discutimos ligações químicas para os gases nobres.
#TÁ NA NET QUATRO NOVOS ELEMENTOS COMPLETAM SÉTIMA FILA DA TABELA PERIÓDICA União de Química endossa descobertas feitas ao longo de uma década. Átomos foram sintetizados por consórcio russo-americano e por japoneses. Quatro novos elementos químicos produzidos artificialmente nos últimos anos tiveram sua existência confirmada pela IUPAC (União Internacional de Química Pura e Aplicada) e completam agora a sétima linha da Tabela Periódica. Os novos elementos não existem na natureza e são criados por aceleradores de partículas, que fazem elementos menores colidirem entre si e se fundir. Os átomos criados nessas condições sobrevivem por apenas algumas frações de segundo. B11 Propriedades da Tabela Periódica
Segundo Kosuke Morita, líder do grupo de pesquisa que criou o elemento 113, ele e seus colegas ainda estão discutindo qual nome dar ao elemento que criaram. Russos e americanos também não se manifestaram ainda. http://g1.globo.com/ciencia-e-saude/noticia/2016/01/quatro-novos-elementos-completam-setima-fila-da-tabela-periodica.html. Acesso em 14 set. 2016
Fonte: g1.globo / Kazuhiro Nogi/France Presse
254
Figura 02 - O cientista Kosuke Morita exibe cópia da Tabela Periódica contendo o elemento 113, criado por japoneses do Instituto Riken (Foto: Kazuhiro Nogi/France Presse).
Ciências da Natureza e suas Tecnologias
Exercícios de Fixação
02. (Unievangélica GO) O cientista russo Dmitri Ivanovich Mendeleiev foi o maior responsável pela criação da tabela periódica dos elementos químicos. As propriedades dos elementos químicos seguem uma “periodicidade”, daí o nome tabela periódica. Dentre as propriedades, podemos citar o raio atômico, o potencial de ionização e a eletronegatividade. Dos elementos da tabela periódica, aqueles que possuem, respectivamente, maior raio atômico, menor potencial de ionização e maior eletronegatividade, são: a) flúor, carbono e hidrogênio. b) frâncio, rubídio e flúor. c) rubídio, frâncio e cloro. d) astato, flúor e lítio. 03. (Uncisal AL) Considerando que os potenciais de ionização dos elementos são dependentes da carga nuclear, de sua configuração eletrônica e do número de níveis ocupados nos átomos e íons, a ordem correta para uma variação crescente dos potenciais de ionização é: a) N3– < O2– < F– < Ne < Na+ < Mg2+ < A3+ b) A3+ < Mg2+ < Na+ < Ne < F– < O2– < N3– c) F– < O2– < N3– < Ne < A3+ < Mg2+ < Na+ d) Na+ < Mg2+ < A3+ < Ne < N3– < O2– < F– e) Mg2+ < A3+ < Na+ < Ne < O2– < F– < N3– 04. (Udesc SC) Use seu conhecimento sobre Propriedades Periódicas para analisar os elementos flúor e rubídio. Dentre os elementos listados acima: a) o flúor apresenta o menor raio atômico e a menor energia de ionização. b) o rubídio apresenta o maior raio atômico e a maior energia de ionização. c) o flúor apresenta o menor raio atômico e possui baixa afinidade eletrônica. d) o rubídio apresenta o maior raio atômico e possui elevada afinidade eletrônica. e) o flúor apresenta o menor raio atômico e a maior energia de ionização.
05. (FMJ SP) Na região da cidade de Bonito, no Mato Grosso do Sul, a ocorrência do solo calcário, contendo carbonato de magnésio e cálcio, faz com que a água dos rios tenha o aspecto cristalino, que é uma atração turística conhecida mundialmente. Em relação ao cálcio e ao magnésio, são feitas as seguintes afirmações: I. o raio do íon Ca2+ é maior que o do Mg2+; II. a primeira energia de ionização do Mg é maior do que a do Ca; III. o íon Ca2+ tem maior número de prótons que o átomo de Ca; IV. o raio do íon Mg2+ é maior que o do átomo de Mg. É correto apenas o que se afirma em a) I e II. b) I e III. c) I e IV. d) II e IV. e) III e IV. 06. (Unir RO) Quando um elétron é adicionado a um átomo neutro gasoso, ocorre a liberação de energia. A essa energia dá-se o nome de a) eletronegatividade. b) energia de ionização. c) entalpia. d) energia de ligação. e) afinidade eletrônica. 07. (Udesc SC) Na equação A(g) + 5,98 eV → A+(g) + e–, a medida de energia 5,98 e V representa: a) a eletropositividade do alumínio. b) a eletronegatividade do alumínio. c) o caráter metálico do alumínio. d) o raio iônico do alumínio. e) o potencial de ionização do alumínio. 08. Flúor, do latim fluere, fluir, deriva do fato de ele ser encontrado no mineral fluorespato, que é basicamente o fluoreto de cálcio (CaF2), usado como fundente (fluxo) em soldas. O nome foi sugerido por A. Ampére a Humphry Davy. No século XVII já se conhecia o HF, ácido fluorídrico, e sabia-se que o fluorespato emitia luz (origem do termo fluorescência) quando aquecido. Para o elemento flúor, podemos afirmar que ele apresenta elevado(a) a) Valência. b) Raio atômico. c) Caráter metálico. d) Eletropositividade. e) Eletronegatividade.
255
B11 Propriedades da Tabela Periódica
01. (UFPE) Existem átomos que possuem uma capacidade em receber elétrons extras com muita facilidade. O flúor (F), por exemplo, apresenta uma grande facilidade em receber um elétron, transformando-se no ânion fluoreto (F–). A variação de energia que ocorre quando um elétron é recebido por um átomo gasoso é chamada de: a) eletronegatividade. b) afinidade eletrônica. c) energia de ionização. d) entalpia de reação. e) entalpia de vaporização.
Química
Exercícios Complementares 01. (Puc MG) De acordo com o estudo das propriedades periódicas, a afinidade eletrônica aumenta: a) da esquerda para direita, nos períodos. b) de cima para baixo, nas famílias. c) da direita para esquerda, nos períodos. d) das extremidades para o centro, nas famílias. 02. (Puc RS) Analise o quadro a seguir, o qual apresenta os valores de eletronegatividades de elementos químicos representativos. H 2,2
He -
Li 1,0
Be 1,5
B 2,0
C 2,5
N 3,0
O 3,5
F 4,0
Ne -
Na 0,9
Mg 1,3
Al 1,6
Si 1,9
P 2,1
S 2,5
Cl 3,1
Ar -
K 0,8
Ca 1,0
Ga 1,8
Ge 2,0
As 2,1
Se 2,5
Br 2,9
Kr -
Rb 0,8
Sr 1,0
In 1,5
Sn 1,9
Sb 2,0
Te 2,1
I 2,6
Xe -
B11 Propriedades da Tabela Periódica
Em relação ao quadro apresentado, é correto afirmar que: a) Os valores de eletronegatividade dos metais alcalinos são inferiores aos dos gases nobres. b) Os halogênios geralmente apresentam forte tendência de atrair elétrons em ligações covalentes e podem formar ânions. c) Os elementos que possuem dois níveis de energia apresentam menores eletronegatividades. d) As eletronegatividades dos elementos do grupo do carbono decrescem regularmente em função do crescimento do número atômico. e) Os elementos boro, germânio e antimônio apresentam igual eletronegatividade em razão de terem mesmo número de elétrons no nível de valência. 03. (Ufpel RS) A bomba de sódio e potássio é fundamental no equilíbrio hídrico das células com o meio em que ela se encontra. Nesse tipo de transporte através da membrana, são retirados três cátions sódio do interior da célula e dois cátions potássio são colocados no seu interior. Com relação aos cátions sódio e potássio, é correto afirmar que: a) O cátion potássio tem raio iônico maior que o cátion sódio. b) O cátion sódio é muito instável, por causa disso ele deve ser retirado da célula. c) O cátion sódio tem carga elétrica +1 e o cátion potássio tem carga elétrica +2.
256
d) Ambos os cátions são muito reativos em contato direto com a água. e) Ambos os cátions se oxidam facilmente em contato com o oxigênio. 04. (Famerp SP) Açaí, castanha-de-caju, castanha-do-brasil e cupuaçu são produtos nativos da América do Sul, cada vez mais exportados para Europa. A tabela apresenta um dos constituintes minerais de cada um desses produtos.
Produto
Mineral
Açaí
Potássio
Castanha-de-caju
Fósforo
Castanha-do-brasil
Selênio
Cupuaçu
Ferro
Dentre os elementos químicos indicados na tabela, aquele que apresenta a 1a energia de ionização mais elevada e o que apresenta maior raio atômico são, respectivamente, os que constituem a) o açaí e a castanha-do-brasil. b) a castanha-de-caju e o açaí. c) a castanha-de-caju e o cupuaçu. d) a castanha-do-brasil e o açaí. e) o cupuaçu e a castanha-do-brasil. 05. (IF GO) Em relação à classificação periódica dos elementos químicos e utilizando a tabela periódica, assinale a alternativa correta: a) Ferro possui, em seu estado fundamental, o subnível d completo. b) Sódio, cobre, e zinco pertencem ao mesmo período da tabela periódica. c) Átomos de zinco são maiores e mais eletronegativos que átomos de mercúrio. d) Quanto menor for o átomo de gás nobre, menor será a primeira energia de ionização. e) O raio atômico do telúrio é maior que o do potássio. 06. (IF GO) O subnível mais energético de um átomo X é o 5s1 e de um átomo Y é o 3p5. Em relação a esses átomos, é correto afirmar que: a) Ambos são isoeletrônicos. b) O átomo Y apresenta maior raio atômico. c) O átomo X apresenta 5 camadas eletrônicas. d) O átomo Y apresenta um total de 10 elétrons. e) Os elementos X e Y são não metais.
FRENTE
B
QUÍMICA
MÓDULO B12
PROPRIEDADES PERIÓDICAS (II) Grande parte das atividades que fazemos durante o decorrer da semana é periódica. Aliás, até mesmo os dias, as semanas, os meses e os anos são fenômenos periódicos, pois mantêm um intervalo de tempo chamado período para que ocorra sua repetição. Na tabela periódica também existem períodos de repetição. Na aula anterior, vimos algumas propriedades dos elementos químicos que mantêm periodicidade à medida que o número atômico aumenta: raio do átomo e raio dos íons, afinidade eletrônica, energia de ionização e eletronegatividade.
ASSUNTOS ABORDADOS nn Propriedades Periódicas (II) nn Caráter metálico nn Volume do Átomo nn Ponto de Fusão e Ebulição nn Densidade
Além dessas propriedades, existem outras que podemos relacionar com o aumento do número atômico. Como exemplo, a relação entre o número atômico e o número de elétrons da camada de valência é uma propriedade periódica. Nos gráficos a seguir, estabelecemos essa relação. No primeiro gráfico, temos o número de elétrons da camada de valência em função do número atômico. No segundo gráfico, estabelecemos a relação entre valência e o número atômico para os elementos dos três primeiros períodos.
Além de número de elétrons na camada de valência, temos outras propriedades que mantêm periodicidade à medida que o número atômico aumenta. Nesta aula, estudaremos as seguintes propriedades: caráter metálico, volume do átomo, ponto de fusão e ebulição.
Caráter metálico De maneira geral, os elementos metálicos estão agrupados na lateral esquerda da tabela periódica. Podemos identificar os metais alcalinos, alcalinoterrosos, metais de transição e metais de transição interna. Fazendo uma análise dessa propriedade, podemos encontrar a seguinte variação:
257
Química
Volume do Átomo Definimos volume atômico como sendo o volume ocupado por um mol de átomos de um determinado elemento químico. Dependendo do elemento químico considerado, as interações existentes entre os átomos diferem de intensidade e os arranjos adquirem maior organização, ocupando menor volume. Note pelo gráfico a seguir que nos metais alcalinos o volume aumenta à proporção que o raio e o número atômico aumentam. Entretanto, no centro da tabela periódica, temos elementos que formam retículo de grande organização ocupando pequeno volume.
De maneira geral, podemos dizer que a variação dos volumes atômicos dos elementos químicos na tabela periódica ocorre da seguinte forma: períodos, o volume atômico aumenta do centro para as extremidades. nn Nos grupos ou famílias, o volume atômico aumenta de cima para baixo.
B12 Propriedades Periódicas (II)
nn Nos
Ponto de Fusão e Ebulição O calor latente molar de fusão é o calor necessário para mudar do estado sólido para o líquido a massa de um mol de um determinado elemento químico. Observe que não definimos calor de fusão para um átomo, mas, sim, para um aglomerado de átomos, ou seja, um mol de átomos (6,02 x 1023). O calor latente de ebulição segue definição análoga. 258
Ciências da Natureza e suas Tecnologias
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A seguir, temos as temperaturas de fusão dos metais alcalinos: à medida que percorremos um grupo dos metais alcalinos de cima para baixo, a temperatura de fusão e de ebulição diminuem. Isso significa que as forças interatômicas diminuem nessa sequência. Logo, as temperaturas de fusão e de ebulição aumentam de baixo para cima nos elementos da família dos metais alcalinos. Essa variação também é válida para os elementos dos metais acalinoterrosos.
No entanto, nos demais grupos da tabela periódica as temperaturas de fusão e de ebulição variam aumentando de cima para baixo. Essa mudança na variação da temperatura ocorre em função da forma como os retículos se organizam. Os metais apresentam organização reticular metálica e normalmente apresentam elevados pontos de fusão e de ebulição; os ametais apresentam organização reticulares covalentes ou moleculares.
Imagem 01 - O gálio é um metal que em temperatura ambiente se encontra no estado sólido. O mercúrio, por sua vez, é um metal que se encontra no estado líquido em condições ambientes.
Os retículos covalentes têm altos pontos de fusão, como o berilo, o carbono e o silício. Já os retículos moleculares apresentam pequenas temperaturas de fusão. Como exemplo, podemos citar os halogênios que à temperatura ambiente são gases, líquidos ou sólidos: o flúor e cloro são gases; o bromo é líquido e o iodo é sólido. Entre os metais, um exemplo interessante é o do mercúrio, que nas condições ambientes se encontra no estado líquido.
Densidade B12 Propriedades Periódicas (II)
A densidade é uma propriedade física importante e pode ser utilizada para distinguir um material puro de um impuro (ou de ligas desse metal), pois a densidade dos materiais que não são puros (misturas) é uma função da sua composição. A densidade apresenta variações periódicas com o número atômico, mas essas variações não são regulares, já que a relação entre as propriedades físicas e a configuração eletrônica não é direta. De maneira geral, a densidade dos elementos químicos varia de acordo com o gráfico na lateral. No centro da Tabela Periódica e nos níveis inferiores, temos os elementos químicos de maiores densidade, o ósmio (Os) e o irídio (Ir). A densidade do ósmio é de 22,5 g/ cm3; enquanto que a densidade do irídio é de 22,4 g/cm3. 259
Química
Exercícios de Fixação 01. (UFMG) Com relação às substâncias simples formadas por elementos metálicos e não metálicos, todas as afirmativas estão corretas, EXCETO: a) As substâncias simples do não metais são gasosas. b) Os dois gases mais abundantes do ar são substâncias simples de não metais. c) As substâncias simples dos metais são mais densas do que as dos não metais. d) Alguns elementos apresentam mais de uma substância simples. e) O ponto de fusão das substâncias simples metálicas é mais alto do que o da maioria das não metálicas. 02. (Puc MG) Observa-se que os elementos do segundo período da Tabela Periódica até o carbono são sólidos, os outros são gasosos. Pode-se concluir que com o aumento do número atômico: a) o raio atômico aumenta. b) a energia de ionização diminui. c) o caráter não metálico diminui. d) o ponto de fusão diminui. e) a eletronegatividade diminui. 03. (Ufu MG) Entre os elementos caracterizados pelas suas respectivas posições na tabela periódica, abaixo indicadas, o que deve possuir maior eletropositividade é: a) coluna 17, período 2. b) coluna 16, período 3. c) coluna 14, período 4. d) coluna 1, período 2. e) coluna 1, período 4. 04. (Unifor CE) Considerando a posição dos elementos na tabela periódica, pode-se afirmar que, dentre os metais indicados abaixo, o de maior densidade é: Dado: Constante de Avogadro = 6,0 ⋅ 1023 mol–1 a) sódio. B12 Propriedades Periódicas (II)
b) zinco. c) alumínio. d) ouro. e) cobre. 05. (Puc RJ) A observação do gráfico abaixo, que se refere a algumas propriedades dos elementos do 4° período da tabela periódica, permite-nos afirmar que:
260
a) A reta A corresponde à variação do caráter metálico. b) A reta B corresponde à variação do ponto de ebulição. c) A reta B corresponde à variação do raio atômico. d) A curva C corresponde à variação do ponto de fusão. e) A curva C corresponde à variação da eletronegatividade. 06. (UERN) “O sódio (encontrado no sal de mesa) tem sido acusado injustamente como o culpado da hipertensão arterial. Isso é um mal-entendido sobre como o corpo funciona. Não é o sódio só por si que causa os problemas relacionados com a tensão arterial, mas, sim, a relação do sódio com os minerais potássio e magnésio, e como eles regulam o nível de fluidos dentro e fora das nossas células, assim como no sangue.” Fonte: Disponível em: <http://anti-envelhecimento.blogs.sapo.pt/257912.html.>
Com relação às propriedades periódicas dos elementos citados no trecho, é correto afirmar que: a) O raio atômico do K é menor que a do íon K+. b) O raio atômico do potássio é menor que o do sódio. c) O sódio apresenta maior caráter metálico que o magnésio. d) A segunda energia de ionização do magnésio é maior que a do sódio. 07. (Puc RS) Na montagem de um automóvel, geralmente são usados vários metais e ligas metálicas, como, por exemplo, ferro, na forma de aço, na lataria; cobre, nos fios elétricos; ligas de alumínio, magnésio e outros metais, nas rodas; chumbo, na bateria; níquel, nos adornos e acabamentos metálicos, entre outros. Em relação aos metais citados, é correto afirmar que: a) Magnésio e alumínio estão no mesmo grupo da tabela periódica. b) Ferro, cobre e níquel são elementos representativos e estão no mesmo período da tabela periódica. c) O chumbo tem maior ponto de fusão do que os demais elementos. d) O cobre é menos denso do que o alumínio. e) O magnésio tem símbolo Mg e é o mais eletropositivo.
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Exercícios Complementares 01. Nessa questão, listamos várias flechas. A partir delas complete a coluna a seguir estabelecendo a correta relação entre as propriedades.
a) 1 570 oC b) 535 oC c) 770 oC d) 120 oC e) 670 oC 05. (UFC CE)
( ) indica o aumento do raio atômico. ( ) indica o aumento do caráter metálico de maneira geral. ( ) indica o aumento do caráter não metálico de maneira geral. ( ) indica o aumento da energia de ionização nos períodos. ( ) indica o aumento da eletronegatividade nas famílias. ( ) indica o aumento da afinidade eletrônica nos períodos. ( ) indica o aumento da afinidade eletrônica nas famílias. ( ) indica o aumento da temperatura de fusão nos metais alcalinos. 5-4-3-1-2-1-2-2 02. (Unicap PE) Dê a soma dos corretos:
Observe a seção da Tabela Periódica, complete as lacunas da sentença seguinte e assinale a alternativa correta: “A série isoeletrônica S2−, C−, Ar, K+, Ca2+ possui a mesma quantidade de ___________, encontra-se em ordem ____________ de volume e a energia de ionização do elétron mais externo encontra-se em ordem ___________ de valor”. a) prótons; decrescente; crescente. b) elétron; crescente; decrescente. c) elétron; decrescente; decrescente. d) nêutron; aleatória; crescente. e) elétron; decrescente; crescente. 06. (UERN) Com a química pode-se aprender brincando. Uma das maneiras divertidas para lembrar alguns símbolos dos elementos constituintes da tabela periódica é formando frases como:
00. Todos os metais, sem exceção, são sólidos à temperatura ambiente. sos, à temperatura ambiente. 02. Os elétrons do potássio (Z = 19) ocupam 4 níveis de energia. 03. O alumínio (Z = 13) possui mais elétrons no nível de
Dos elementos citados anteriormente, assinale o que possui maior volume atômico. a) Iodo. c) Rádio. b) Sódio. d) Oxigênio.
03. (Vunesp SP) Estabelecer e justificar a ordem crescente de
07. (UECE) Atente para as seguintes citações a respeito do tungstênio: “Meu tio apreciava a densidade do tungstênio que ele preparava, sua refratariedade, sua grande estabilidade química […]”; “A sensação de tocar o tungstênio sinterizado é incomparável.”
volumes das espécies componentes da série isoeletrôiica:
SACHS, Oliver, Tio Tungstênio: Cia. de Bolso.
valência do que o oxigênio (Z = 8). 04. O alumínio possui mais níveis de energia ocupados por elétrons do que oxigênio. 02-04
Ne; 8O2-; 9F-; 12Mg2+; 11Na+. Mg2+ < Na+ < Ne < F− < O2− 10 04. (UFPE) O cálcio e o bário antecedem e precedem, respectivamente, o estrôncio na Tabela Periódica. Sabendo que o ponto de fusão do cálcio é 845 oC e o do bário, 725 oC, assinale o ponto de fusão mais provável para o estrôncio.
Sobre o tungstênio, assinale a opção verdadeira. a) A distribuição eletrônica do tungstênio é [Xe] 4f14 5d6. b) Pertence ao grupo 5 da tabela periódica. c) É um metal de transição, com alto ponto de fusão. d) Localiza-se no quinto período da tabela periódica.
261
B12 Propriedades Periódicas (II)
01. Todos os não metais, sem exceção, são sólidos ou gaso-
FRENTE
B
QUÍMICA
Exercícios de Aprofundamento 01. (UEPB) “A Tabela Periódica dos elementos químicos é uma das maiores descobertas científicas do mundo. Pode ser comparada em importância com a classificação de espécies de plantas por Lineu ou com a sistematização das partículas subnucleares pelos físicos Gell-Mann e Ne’eman. A Tabela Periódica é o esquema classificatório fundamental para todos os elementos e pode ser dito que resume o conhecimento da química”. (Rouvray, D.H. Elements in the history of the periodic table. Endeavour, v. 28, n. 2, 2004.)
De acordo com as informações apresentadas na tabela periódica, analise as informações a seguir: I. Boas condutividades térmica e elétrica, maleabilidade e dutibilidade são propriedades dos elementos semimetálicos. II. Mendeleev propôs que os átomos poderiam ser classificados na ordem crescente de seu número atômico. III. Os gases nobres são átomos que nunca reagem com os outros átomos. IV. O elemento hidrogênio deve ser estudado como um grupo a parte por possuir propriedades químicas distintas dos demais elementos químicos. Das afirmativas acima está(ão) correta(s): a) As alternativas II e III. b) Apenas a alternativa I. c) Apenas a alternativa IV. d) As a alternativas III e IV. e) As alternativas I e II. 02. (Ufal AL) Se fosse preparado um gás nobre artificial, que na tabela periódica se localizasse logo abaixo do Rn (Z = 86), seu número atômico seria: a) 87 b) 118 c) 140 d) 174 e) 223 03. (Cesgranrio RJ) Os átomos 3x – 5Q e 6xR são isótopos. O átomo 6xR tem 44 nêutrons. Assinale a distribuição eletrônica de Q, no estado fundamental, em ordem crescente dos níveis energéticos: a) [Ar]4s2 4p6 4d8 b) [Ar]3d10 4s2 4p4 c) [Ne]3d10 4s2 4p4 d) [Ar]3d10 4f4 4s2 e) [Ne]3d10 4s2 4p2. 262
04. (UFJF MG) A descoberta das relações periódicas pelo químico russo Dmitri Mendeleev foi olhada com algum ceticismo pelos químicos da época, mas ganhou credibilidade quando se provou capaz de prever propriedades de elementos químicos que não haviam sido ainda descobertos. Essas propriedades são as mais variadas, como, por exemplo, densidade, raio atômico e eletronegatividade. Sabendo-se que a eletronegatividade do lítio é 0,98 e a do potássio é 0,82, a eletronegatividade do sódio é: a) 0,98. b) 0,49. c) 0,41. d) 0,93. e) 0,82. 05. (UFG GO) A energia necessária para que seja formado um íon pela remoção de elétrons é denominada energia de ionização (E.I.). A tabela a seguir apresenta os valores de todas as energias de ionização do cálcio. Ordem da E. I.
Valor da E. I. (eV)
Ordem da E. I.
Valor da E. I. (eV)
1°
6
11°
591
2°
12
12°
656
3°
51
13°
726
4°
67
14°
819
5°
84
15°
895
6°
109
16°
974
7°
128
17°
1087
8°
147
18°
1157
9°
189
5129
10°
211
1470
De acordo com os dados apresentados, conclui-se que, para o átomo de cálcio, a) os níveis de energia variam de forma descontínua. b) a energia de ionização aumenta à medida que aumenta a distância do núcleo. c) a remoção do segundo elétron aumenta o número de níveis energéticos. d) a energia de ionização aumenta em proporção constante. e) a remoção do elétron mais afastado do núcleo demanda maior energia.
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5s2 5p2. Sobre esse elemento, afirma-se: I.
seu cátion bivalente tem configuração de camada de valência 5s2 5p4;
II.
seu ponto de fusão é mais alto do que o do elemento que tem camada de valência 6s2 6p2;
III.
tem caráter metálico maior do que o do elemento que tem camada de valência 5s2 5p5.
É correto apenas o que se afirma em a) I. b) I e II. c) II. d) II e III. e) III. 07. (Uefs BA) Em 1913, Henry G. J. Moseley estabeleceu o conceito de número atômico, verificando que esse número caracterizava melhor um elemento químico do que sua massa atômica e, a partir dessa constatação, a lei da periodicidade de Dmitri J. Mendeleiev ganhou um novo enunciado: muitas propriedades físicas e químicas dos elementos químicos variam, periodicamente, na sequência de seus números atômicos. Com base nessas considerações e comparando-se as propriedades dos elementos químicos rubídio e iodo, é correto afirmar: a) O iodo é o elemento químico do quinto período da tabela periódica que tem maior afinidade eletrônica porque, com a adição de um elétron ao seu átomo, absorve maior energia. b) O rubídio e o iodo possuem propriedades semelhantes porque pertencem ao mesmo período da tabela periódica. c) O raio do íon I− e o ponto de fusão do iodo são, respecti-
Com relação às propriedades periódicas dos elementos citados no trecho, é correto afirmar que: a) O raio atômico do K é menor que a do íon K+. b) O raio atômico do potássio é menor que o do sódio. c) O sódio apresenta maior caráter metálico que o magnésio. d) A segunda energia de ionização do magnésio é maior que a do sódio. 09. (Unesp SP) O estrôncio, por apresentar comportamento químico semelhante ao do cálcio, pode substituir este nos dentes e nos ossos dos seres humanos. No caso do isótopo Sr-90, radioativo, essa substituição pode ser prejudicial à saúde. Considere os números atômicos do Sr = 38 e do Ca = 20. É correto afirmar que a semelhança de comportamento químico entre o cálcio e o estrôncio ocorre porque a) apresentam aproximadamente o mesmo raio atômico e, por isso, podem ser facilmente intercambiáveis na formação de compostos. b) apresentam o mesmo número de elétrons e, por isso, podem ser facilmente intercambiáveis na formação de compostos. c) ocupam o mesmo grupo da Classificação Periódica, logo têm o mesmo número de elétrons na camada de valência e formam cátions com a mesma carga. d) estão localizados no mesmo período da Classificação Periódica. e) são dois metais representativos e, por isso, apresentam as mesmas propriedades químicas. 10. (UEPG PR) O raio atômico de um átomo isolado é calculado a partir da aplicação de técnicas de difração por raios X, sendo um dado muito importante, pois o comportamento dos elementos químicos e muitas das suas propriedades podem ser explicadas a partir dessa informação. Considerando a tabela abaixo e a influência do raio atômico sobre a variação de outras propriedades periódicas, assinale o que for correto.
Elemento (Z)
Raio Atômico (nm)
K (Z = 19)
0,231
d) O raio covalente do iodo é maior que o do elemento químico
Ca (Z = 20)
0,197
rubídio porque o átomo desse elemento químico tem maior
A (Z = 13)
0,143
Co (Z = 27)
0,125
cil retirar um elétron do átomo de rubídio gasoso do que do
P (Z = 15)
0,109
iodo nas mesmas condições.
C (Z = 6)
0,071
vamente, maiores que o raio do Rb+ e o ponto de fusão do rubídio.
número de camadas eletrônicas. e) A energia de ionização do rubídio é maior porque é mais difí-
08. (UERN) “O sódio (encontrado no sal de mesa) tem sido acusado injustamente como o culpado da hipertensão arterial. Isso é um mal-entendido sobre como o corpo funciona. Não é o sódio só por si que causa os problemas relacionados com a tensão arterial, mas, sim, a relação do sódio com os minerais potássio e magnésio, e como eles regulam o nível de fluidos dentro e fora das nossas células, assim como no sangue.” (Disponível em: http://anti-envelhecimento.blogs.sapo.pt/257912.html.)
01. O alumínio origina cátions trivalentes que apresentam raio maior do que 0,143 nm. 02. Átomos de potássio e cálcio têm o mesmo número de níveis ou camadas eletrônicas, entretanto, o raio atômico de cálcio é menor, pois apresenta maior valor para Z. 04. Em átomos de fósforo, a atração do núcleo sobre os elétrons do último nível de energia é maior do que em átomos de alumínio. 263
FRENTE B Exercícios de Aprofundamento
06. (FGV SP) Um elemento representativo tem sua configuração eletrônica de camada de valência
Química
08. Comparado com os demais elementos da tabela, o carbono é o mais eletropositivo, pois a eletropositividade aumenta com a redução do raio atômico. 16. Átomos de cobalto são menores e mais eletronegativos do que átomos de potássio, pois a eletronegatividade aumenta conforme o raio atômico diminui.
13. (IF GO) Suponhamos que um novo elemento químico tenha sido descoberto e que ele possui as seguintes características: nn subnível d incompleto; nn é colorido; nn é paramagnético. Esse novo elemento seria adicionado à família dos: a) Halogênios b) Metais de Transição c) Calcogênios d) Metais Alcalinos e) Metais Alcalinos Terrosos
02-04-16
11. Em 1869, o químico russo Dmitri Ivanovitch Mendeleev (18341907) procurava uma forma de organizar os elementos químicos descoberto até aquela época. Utilizando a massa atômica crescente dos elementos químicos, Mendeleev agrupou os elementos semelhantes em propriedades químicas e físicas, chegando a um esboço de tabela representada, parcialmente, a seguir:
Organização da tabela proposta por Mendeleev em 1869 H=1
FRENTE B Exercícios de Aprofundamento
Li = 23
Be = 9,4
Mg = 24
Zn = 65,2
Cd = 112
B = 11
A = 27
? = 68
Ur = 116
C = 12
Si = 28
? = 70
Sn = 118
N = 14
P = 31
As = 75
Sb = 122
O = 16
S = 32
Se = 79,4
Te = 128
F = 19
C = 35,5
Br = 80
I = 127
Na =23
K = 39
a) Mendeleev atribui números aos agrupamentos cujas propriedades químicas são semelhantes. Para o grupo dos metais semelhantes ao lítio, foi atribuído o número Grupo - I; para os ametais semelhantes ao flúor, foi atribuído o número Grupo - VII. Escreva os símbolos dos elementos químicos, bem como seus nomes, pertencentes ao grupo do lítio e ao grupo do I: Li (lítio), Na (sódio) e K (potássio). flúor. Grupo Grupo VII: F (flúor), C (cloro), Br (bromo) e I (iodo). b) Mendeleev previu que haveria um elemento entre o alumínio (A) e o urânio o qual chamou de eka-alumínio, além de propor que o valor de sua massa atômica seria igual a 68. Propôs também a existência do eka-silício entre os elementos silício (Si) e estanho (Sn). Posteriormente esses elementos foram descobertos. Utilizando uma tabela periódica atual, pesquise quais são esses elementos químicos e escreva seus símbolos e o nomes.
14. (IF SC) A folha de flandres é ideal para embalar alimentos, bebidas e outras substâncias visando à sua conservação além do tempo normal, quando expostas à temperatura ambiente. O nome folha de flandres refere-se ao laminado a frio, com os dois lados revestidos por estanho puro, desenvolvido para evitar a corrosão e a ferrugem. Além de possuir alta resistência e maleabilidade, a folha de flandres incorpora aço para obter rigidez, com elevada propriedade de vedação, opacidade e excelente maleabilidade. Sobre o elemento químico estanho, citado no texto, é CORRETO afirmar que: a) É um elemento de transição interna. b) É um metal maleável e sólido, nas condições ambientes. c) É utilizado apenas em folhas de flandres. d) Tem símbolo químico Es. e) É um metal de dureza elevada. 15. (Fuvest SP) Cinco amigos resolveram usar a tabela periódica como tabuleiro para um jogo. Regras do jogo: Para todos os jogadores, sorteia-se o nome de um objeto, cujo constituinte principal é determinado elemento químico. Cada um joga quatro vezes um dado e, a cada jogada, move sua peça somente ao longo de um grupo ou de um período, de acordo com o número de pontos obtidos no dado. O início da contagem é pelo elemento de número atômico 1. Numa partida, o objeto sorteado foi “latinha de refrigerante” e os pontos obtidos com os dados foram: Ana (3,2,6,5), Bruno (5,4,3,5), Célia (2,3,5,5), Décio (3,1,5,1) e Elza (4,6,6,1).
Para o eka-alumínio, foi descoberto o elemento gálio, em 1875; para o eka-silício foi descoberto o elemento químico germânio, em 1886. Ambos estavam de acordo com as previsões de Mendeleev.
12. A tabela periódica proposta por Mendeleev representa um divisor de águas na história da Química. A sistematização das informações sobre os elementos químicos foi primordial para a formação de uma linguagem química universal e consequentemente para a consolidação da Química como ciência. Em quais aspectos a tabela proposta por Mendeleev difere das de seus antecessores? Explique a importância da previsão das propriedades dos elementos na formulação dessa tabela. 264
Assim, quem conseguiu alcançar o elemento procurado foi: a) Ana Gabarito Questão 12 Resposta livre. b) Bruno Contudo, espera-se que os alunos listem pontos tais como: c) Célia • Mendeleev fez uma tabela mais flexível, deixando espaços em branco que futuramente poderiam ser preenchidos por novos elementos a d) Décio serem descobertos. A de Meyer não apresentava essa possibilidade. e) Elza • Mendeleev fez previsões sobre os elementos que seriam descobertos, indicando valores de algumas propriedades, como massa atômica, gravidade específica (densidade) para o elemento e as fórmulas para o óxido e para o sal do tipo cloreto que o novo elemento iria formar. Praticamente todas as previsões de Mendeleev estavam corretas. Meyer não conseguiu estabelecer essas afirmações.
Ciências da Natureza e suas Tecnologias
Galáxia Química Em 2011, comemoramos o Ano Internacional da Química (AIQ). Estabelecido pela Organização das Nações Unidas, como forma de celebrar a importância desse ramo da ciência para o bem estar da humanidade, o AIQ teve diversos eventos em todo o Mundo, além de apresentar novas descobertas e debater rumos e perspectivas para a Química. Uma das novidades apresentadas no AIQ foi a Tabela Periódica na disposição chamada de Galáxia Química. A tabela periódica evoluiu ao longo do tempo e diversos cientistas contribuíram para que ela chegasse ao formato retangular que tem hoje. Dentre eles, podemos citar, Newlands, Chancourtois, Meyer, Mendeleev e Moseley. Mas devido às previsões muito bem acertadas de novos elementos, ainda não descobertos naquela época, a tabela periódica é mundialmente conhecida como tabela de Mendeleev.
"A classificação periódica dos elementos é sem dúvida uma das mais geniais generalizações científicas já feitas na história da humanidade. Desde o século XIX, ela é uma guia de pesquisas e um valioso instrumento pedagógico", diz o professor de Química da Unicamp. Mas se o trabalho de Mendeleev foi tão brilhante, por que precisa de modificações? Para Aécio, o principal fator por trás das mudanças remonta a um avanço tecnológico do início do século XX: o espectrômetro de massa. Graças a ele, os cientistas descobriram que os elementos químicos possuíam isótopos, ou seja, átomos de mesmos números atômicos, porém com números de massas atômicas diferentes. "Desde então, a precisão das medidas de massas dos átomos foi incessantemente aprimorada. Descobriu-se que os mesmos elementos químicos tinham composição isotópica muito mais ampla do que se podia imaginar. As mudanças que serão feitas na tabela periódica vão ajustá-la à realidade científica contemporânea", disse Aécio Pereira Neves.
FRENTE B Exercícios de Aprofundamento
A disposição de elementos químicos sob a forma de Galáxia Química, para os estudantes de Ensino Médio, pode parecer imperceptível, mas no âmbito das pesquisas e aplicações tecnológicas que utilizam análises químicas complexas
o impacto será muito grande, diz o professor de química da Unicamp Aécio Pereira Neves.
Imagem 01 - Versão da nova tabela periódica, recriada a partir do modelo em espiral de Philip Stewart, da Universidade Oxford.
265
Por BlueSkyImage/shutterstock.com
FRENTE
C
QUÍMICA Por falar nisso Quando ingerimos alimentos como suco de laranja ou de limão temos a sensação de gosto azedo. Essa propriedade organoléptica (azedo) é produzida por substâncias ácidas. A acidez ou basicidade de uma espécie química não são atributos da matéria e sim comportamento. Existem diversas teorias de acidez: Arrhenius, Brönsted-Lowry, Lewis etc. Contudo, para cada teoria ácido-base há uma particularidade no modo como as espécies químicas se comportam. Para melhor entendimento dessas teorias, é de fundamental importância o estudo das funções inorgânicas ácidos, bases, sais e óxidos. Nas próximas aulas, estudaremos os seguintes temas
C09 C10 C11 C12
Compostos inorgânicos.................................................................. 268 Nomenclatura e formulação dos ácidos........................................ 272 Bases de Arrhenius........................................................................ 277 Conceitos ácido-base de Brönsted-Lowry..................................... 282
FRENTE
C
QUÍMICA
MÓDULO C09
ASSUNTOS ABORDADOS nn Compostos inorgânicos nn Ácidos de Arrhenius nn Critérios de classificação dos ácidos nn Equação de ionização nn Grau de ionização
COMPOSTOS INORGÂNICOS No século XIX (1828), uma reação química deu início à classificação moderna dos materiais em orgânicos e inorgânicos. A síntese da ureia, por Wohler, colocou em descrédito a teoria da força vital. Segundo essa teoria, os compostos orgânicos só poderiam ser sintetizados em meios vivos, ou seja, não havia possibilidade de síntese de compostos orgânicos em laboratório, uma vez que esse meio não tinha o princípio da força vital. Contudo, em 1828, Wohler aqueceu cianato de amônio (NH4CNO) e obteve a ureia. Em função dessa reação, houve a necessidade de se definir química orgânica. Chegaram ao consenso, naquela época, de que química orgânica era a parte da química que estudava os compostos do elemento carbono. Era o início de uma classificação com base em características estruturais dos compostos. Os compostos inorgânicos são normalmente definidos em oposição aos orgânicos, ou seja, são aqueles que não apresentam átomos de carbono formando cadeias. Essas substâncias podem ser formadas por átomos de não metais ligados a metais ou apenas por elementos não metálicos e podem ser iônicas ou moleculares. Nas próximas aulas, estudaremos algumas classes de compostos inorgânicos. De maneira geral, elas se dividem em ácidos, bases, sais e óxidos. Entretanto, evitaremos definições rígidas, pois a inserção de uma espécie química em uma ou outra classe funcional está relacionada ao seu comportamento. Além disso, a divisão em quatro categorias distintas não é excludente, já que há óxidos que se comportam como ácidos ou mesmo como bases. A classificação é sempre relativa a um meio, a outra espécie química ou a uma determinada teoria.
Ácidos de Arrhenius Existem diversas teorias que tentam explicar o comportamento ácido-base das espécies químicas: Arrhenius, Brönsted-Lowry, eletrônica ou de Lewis, teoria de Usanovich etc. No decorrer deste módulo, discutiremos algumas dessas teorias. Por exemplo: Cl2, HC e CO2, quando dissolvidos em água, são ácidos segundo a teoria de Arrhenius. C2 (g) + 3 H2O() 2 H3O+ (aq) + C- (aq) + CO- (aq)
HC(g) + H2O() H3O+ (aq) + C- (aq)
CO2 (g) + 2 H2O() H3O+ (aq) + HCO3- (aq)
Observe que não há nenhuma semelhança estrutural entre as substâncias Cl2, HC e CO2, mas em meio aquoso, elas apresentam semelhanças no comportamento, todas produziram o íon H3O+, caracterizando a acidez. Dessa forma, podemos dizer que ácidos, pela definição de Arrhenius, são espécies químicas que reagem com a água produzindo como cátion o íon H3O+(aq). Assim, fica claro que os ácidos de Arrhenius não estão restritos a um único tipo de espécie química, mas a um comportamento químico em função do meio.
SAIBA MAIS A CHUVA ÁCIDA O dióxido e o trióxido de enxofre, presentes na atmosfera e provenientes da combustão de materiais que contêm enxofre, são ácidos segundo a teoria de Arrhenius. Esses ácidos são alguns dos responsáveis pela chuva ácida, que ocorre em certos locais, como grandes centros urbanos. SO2 (g) + 3 H2O() 2 H3O+ (aq) + SO32- (aq)
SO3 (g) + 3 H2O() 2 H3O+ (aq) + SO2-4 (aq)
268
Ciências da Natureza e suas Tecnologias
Critérios de classificação dos ácidos
Equação de ionização
Existem diversos critérios de classificação dos ácidos segundo a teoria ácida de Arrhenius, contudo, nós nos ateremos aos seguintes critérios:
Quando duas ou mais espécies químicas entram em contato, pode haver um fenômeno químico ou físico. Como dissemos, um fenômeno é químico quando ocorre mudança na estrutura química da matéria, caso contrário, o fenômeno é dito físico. O termo ionização indica que íons são formados, portanto, trata-se de uma reação química. A ionização de ácidos de Arrhenuis produz, como cátion, o íon H3O+(aq).
Segundo esse critério, os ácidos podem ser classificados em monoácidos, diácidos, triácidos e tetrácidos. Monoácidos são aqueles que em solução aquosa ionizam produzindo um único íon H+; por sua vez, diácidos ionizam produzindo dois íons H+; já os triácidos ionizam produzindo três íons H+ e assim por diante. A seguir, alguns exemplos de monoácidos, diácidos, triácidos e tetrácidos: nn Monoácidos:
HC, HBr, HI, HNO3 nn Diácidos: H2S, H2SO4, H2SO3 nn Triácidos: H3BO3, H3PO4 nn Tetrácidos: H4P2O7 Quanto ao número de elementos químicos Quanto ao critério número de elementos químicos, os compostos podem ser classificados em binários, quando apresentarem dois elementos químicos por fórmula; ternários, quando apresentam três elementos químicos por fórmula e quaternários quando apresentarem quatro elementos químicos por fórmula. A seguir, alguns exemplos de ácidos binários, ternários e quaternários: nn Binários:
HC, HBr, HI, H2S nn Ternários: HNO3, HCN, H2SO4, H3PO4. nn Quaternários: HCNO, H4Fe(CN)6 Quanto à presença ou ausência de oxigênio Os ácidos inorgânicos podem apresentar ou não o elemento oxigênio em sua constituição. Caso o oxigênio esteja presente, damos ao ácido a classificação de oxiácido; contudo, se o ácido não apresentar átomos de oxigênio na fórmula, o classificamos como hidrácido. A seguir, temos exemplos de oxiácidos e de hidrácidos. nn Oxiácidos: HNO3, H3BO3, H3PO4, H2CO3. nn Hidrácidos: HC, HBr, HI, H2S, HCN. Quanto à volatilidade O critério volatilidade dos ácidos inorgânicos pode ser definido como o ponto de temperatura que mede a facilidade com que o ácido muda do estado líquido para o estado de vapor (evapora). Ácidos com baixo ponto de ebulição são ditos ácidos voláteis; já aqueles com alto ponto de ebulição são ditos ácidos fixos. A volatilidade dos ácidos depende, entre outros fatores, de forças intermoleculares e da massa molar. Esses fatores serão estudados em aulas posteriores. A seguir, temos exemplos de ácidos fixos e ácidos voláteis: Fixos: H3BO3, H3PO4, H2SO4 Voláteis: HCN, HBr, H2S, HC, HI
HI(g) + H2O() H3O+ (aq) + I- (aq)
Nesse caso, trata-se de um monoácido – só produz um íon H3O+ – e temos uma única etapa de ionização. Mas não é sempre que isso acontece. Ácidos polipróticos apresentam ionização em várias etapas. Como exemplo, vamos ionizar o ácido sulfúrico (H2SO4). Por se tratar de um diácido, teremos duas etapas de ionização. 1a etapa: H2 SO4 (aq) + H2O() →H3O+ (aq) + HSO4- (aq) 2a etapa:HSO-4 (aq) + H2O() → H3O+ (aq) + SO2-4 (aq) global: H2 SO4 (aq) + 2 H2O() → 2 H3O+ (aq) + SO2-4 (aq) Para mais um exemplo de ionização em meio aquoso, vamos utilizar o ácido fosfórico (H3PO4). Trata-se de um triácido. Portanto, dependendo do meio reacional, podemos ter até três etapas de ionização. 1a etapa: H3PO4 (aq) + H2O() →H3O+ (aq) + H2PO4- (aq) 2a etapa: H2PO4- (aq) + H2O() →H3O+ (aq) + HPO2-4 (aq) 2a etapa: HPO4-2 (aq) + H2O() → H3O+ (aq) + PO3-4 (aq) global: H3PO4 (aq) + 3 H2O() → 3 H3O+ (aq) + PO3-4 (aq)
SAIBA MAIS A produção de refrigerantes envolve, entre outras etapas, a dissolução do gás CO2 em meio aquoso. CO2 (g)
alta pressão → ← baixa pressão
CO2 (aq)
À medida que o CO2 é dissolvido em água, ele reage formando H2CO3(aq), que por sua vez se ioniza. A ionização pode ser representada em duas etapas. Contudo, o ácido carbônico, em meio aquoso, não ioniza os dois hidrogênios, ou seja, em meio aquoso o ácido carbônico é um monoácido, e não um diácido. 1H2CO3 (aq) + H2O()
→ ←
H3O+ (aq) + HCO3- (aq)
Note que as flechas que indicam o sentido em que a reação acontece ( ) não apresentam o mesmo comprimento. Isso é significativo, pois o processo de ionização desse ácido não é completo. E mais: podemos afirmar que a espécie predominante no equilíbrio é a forma molecular (sentido da flecha maior), e não a forma ionizada (sentido da flecha menor). Trata-se, portanto, de um eletrólito fraco. Daí o fato de se classificar o ácido carbônico como um ácido fraco.
269
C09 Compostos Inorgânicos
Quanto ao número de hidrogênio ionizáveis
Química
Grau de ionização O conceito de ionização de ácidos, mesmo para eletrólitos fortes, não atinge 100%. Desse modo, o processo é reversível e nos traduz a noção de equilíbrio químico, fato representado pelas flechas de mesma direção e sentidos opostos.
De acordo com a tabela anterior, havia no início um total de 200 moléculas de H2CO3 que foram dissolvidas. Desse total, 9 sofreram ionização, resultando em íons positivos (cátions) e íons negativos (ânions). Utilizando a expressão para cálculo do grau de ionização (α), podemos determinar o seu valor.
Número de moléculas ionizadas 9 = α ∴α = ∴= α 0,045 ou 4,5% A dissolução de uma espécie química em água, como o Número total de moléculas dissolvidas 200 dióxido de carbono, é acompanhada de ionização. A ionizaNúmero de moléculas ionizadas 9 ção é um processo = α reversível, não atingindo 100%, ou seja,∴α = ∴= α 0,045 ou 4,5% Número total de moléculas dissolvidas 200 trata-se de uma situação de equilíbrio. Até o momento, não Eletrólitos cujo grau de ionização seja inferior a 5% são estudamos os equilíbrios químicos. Contudo, faremos uma considerados eletrólitos fracos. O ácido carbônico é um elebreve discussão desse processo. trólito fraco. Para o dióxido de carbono em meio aquoso, a reação de Para mais um exemplo de ionização, vamos considerar o ionização prossegue acontecendo basicamente para o priácido clorídrico (HC). meiro hidrogênio. Isso porque o CO2 reage com a água para formar o ácido carbônico (H2CO3), um ácido fraco. HC(aq) → H3O+(aq) + C–(aq)
→ CO2 (g) + H2O() ← H2 CO3 (aq)
H2CO3 (aq) + H2O()
→ ←
H3O+ (aq) + HCO3- (aq)
Para medir a extensão desse processo, devemos usar o grau de ionização, aqui representado pela letra grega alfa (α). α=
número de moléculas ionizadas número total de moléculas dissolvidas
Início
200
zero
zero
ionizadas
184
184
184
final
16
184
184
De acordo com a tabela acima, havia no início um total de 200 moléculas de HC que foram dissolvidas. Desse total, 184 sofreram ionização, resultando em íons positivos (cátions) e íons negativos (ânions). Utilizando a expressão para cálculo do grau de ionização (α), podemos determinar o seu valor.
De acordo com o valor de α, podemos determinar se estamos nos referindo a um eletrólito forte ou fraco. Considere Número de moléculas ionizadas 184 = α ∴α = ∴= α 92% como exemplo, a ionização do ácido carbônico em água – Número total de moléculas dissolvidas 200 H2CO3(aq). Número de moléculas ionizadas 184 = α ∴α = ∴= α 92% Número total de moléculas dissolvidas 200 + H2CO3(aq) → H (aq) + HCO 3(aq) Número de moléculas ionizadas 184 Início = 200 zero zero α ∴α = ∴= α 92% Número total de moléculas dissolvidas 200 ionizadas
9
9
9
final
191
9
9
Eletrólitos que apresentam α ≥ 50% são ditos fortes. Exemplos: HI, HBr, HC, H2SO4, HNO3, HClO4.
Exercícios de Fixação 01. O ácido sulfuroso é um líquido incolor com odor pungente C09 Compostos Inorgânicos
de enxofre e corrosivo. É utilizado como intermediário na produção de bactericidas, conservadores e papel. Sua fórmula molecular é H2SO3. Classifique esse ácido quanto ao a) Número e hidrogênios ionizáveis. Diácido b) Número de elementos químicos. Ternário c) Presença de oxigênio. Oxiácido
270
02. Utilizando as fórmulas moleculares dos ácidos clorídrico (HC) e nítrico (HNO3) e estabeleça suas equações de ioniza+ – ção em meio aquoso. HC(aq) + H2O() → H3O+ (aq) + C–(aq) HNO3(aq) + H2O() H3O (aq) + NO3 (aq)
03. (Fuvest SP) Observa-se que uma solução aquosa saturada de HC libera uma substância gasosa. Uma estudante de química procurou representar, por meio de uma figura, os tipos de partículas que predominam nas fases aquosa e gasosa desse sistema – sem representar as partículas de água. A figura com a representação mais adequada seria:
Ciências da Natureza e suas Tecnologias
04. O ácido sulfúrico puro é um líquido incolor, viscoso e corrosivo. Suas principais aplicações são na produção de fertilizantes, na produção de compostos orgânicos como plásticos, fibras, celulose e corantes, na produção de outros ácidos e em baterias de automóveis. Considerando as informações do texto e seus conhecimentos, e sabendo que a fórmula molecular do ácido sulfúrico é H2SO4, represente por equações, as etapas de ionização do ácido sulfúrico. 05. O ácido clorídrico é um ácido classificado como forte, porque tem grau de ionização de 92%. Considerando essas informações, determine o número de moléculas de ácido clorídrico que sofrem ionização ao se adicionar 500 moléculas desse ácido em água. a) 40 b) 92 c) 184 d) 360 e) 460
Gabarito questão 04
Exercícios Complementares 01. O ácido perclórico é um líquido incolor bastante corrosivo e instável. Em soluções aquosas, adquire estabilidade e pode ser comercializado. O ácido perclórico (HClO4) é um bom oxidante e por isso pode ser utilizado em combustíveis de foguete. O ácido perclórico é classificado corretametnte como a) diácido b) binário c) hidrácido d) volátil e) oxiácido 02. Ao se acrescentar 800 moléculas de um ácido HX em água, ocorre ionização de 70%. Considerando essas informações, infere-se que continuam na forma de moléculas um total de
04. O ácido bórico (H3BO3) é um ácido que contém oxigênio. Em condições ambiente, é um sólido branco que se apresenta cristalizado ou na forma de pó, utilizado principalmente como inseticida no combate a baratas, pulgas, cupins e formigas. É solúvel em água e etanol. Para a classificação do ácido bórico, é correto afirmar que se trata de um a) hidrácido d) ácido quaternário b) biácido e) triácido binário c) ácido fixo 05. (UFMG) Ácido bórico, H3BO3, tem a seguinte fórmula estrutural.
a) 120 b) 240 c) 360 d) 560 e) 700
C09 Compostos Inorgânicos
03. As fórmulas moleculares dos ácidos clorídrico, bromídrico, fosfórico, fosforoso e ácido hiposforoso são, respectivamente, HC, HBr, H3PO4, H3PO3, H3PO2. Considerando seus conhecimentos sobre o assunto e as informações do texto, é correto propor que temos a) três ácidos hidrácidos. b) três ácidos voláteis. c) três monoácidos. d) dois diácidos. e) dois triácidos.
271
FRENTE
C
QUÍMICA
MÓDULO C10
ASSUNTOS ABORDADOS nn Nomenclatura e Formulação dos
Ácidos
nn Nomenclatura dos ácidos nn Fórmula do ácido a partir do ânion nn Fórmulas estruturais de oxiácidos
NOMENCLATURA E FORMULAÇÃO DOS ÁCIDOS A importância do estudo do caráter ácido das substâncias é muito grande. Os ácidos estão envolvidos em diversos processos, seja na indústria (entre os vinte principais produtos químicos industriais, três são ácidos), em nossa casa ou em nosso corpo. As frutas cítricas, como o limão, a laranja, o abacaxi, possuem ácido cítrico, que em solução aquosa é responsável pelo gosto azedo. O vinagre, usado como tempero, é uma solução aquosa de ácido acético, cujo nome oficial é etanoico. O cloreto de hidrogênio (HC), fabricado por células de nosso estômago, tem papel importantíssimo na digestão, pois se trata de um dos principais componentes do suco gástrico. Em solução aquosa, o HC recebe nome de ácido clorídrico. A produção industrial de ácido acetilsalicílico é de milhares de toneladas em todo o mundo. Essa substância tem função de analgésico e antipirético (antitérmico), mas é contraindicada em casos de distúrbios hemorrágicos.
Nomenclatura dos ácidos Como vimos no texto, as substâncias ácidas recebem nomes específicos. Algumas são mais conhecidas pelos seus nomes comerciais do que pelos nomes oficiais. De qualquer forma, temos que identificar essas espécies químicas por um nome, seja ele oficial ou não. Neste módulo, faremos o estudo da nomenclatura dos ácidos. Já vimos que os ácidos de Arrhenuis podem ser classificados em hidrácidos ou oxiácidos. Saber essa classificação é um facilitador para o entendimento das regras de nomenclatura. Regras de nomenclatura dos hidrácidos Atualmente, os ácidos são nomeados com base em regras definidas pela IUPAC. A nomenclatura dos ácidos que não contêm oxigênio em sua fórmula (hidrácidos) é formada pelo acréscimo do sufixo-ídrico ao nome do elemento ligado ao hidrogênio:
SAIBA MAIS É interessante notar que o HC é chamado de ácido clorídrico quando se encontra em solução aquosa. Na forma pura, trata-se de um gás incolor, não inflamável, muito tóxico e corrosivo, denominado cloreto de hidrogênio. Na forma impura, é também chamado de ácido muriático, sendo utilizado para limpeza de pisos e paredes de pedra ou de azulejo. Mesmo nessa forma, em que ele se encontra mais diluído, é preciso cuidado ao manuseá-lo. . Por isso, devem ser utilizados equipamentos de proteção individual (os chamados EPIs). O ácido clorídrico é empregado nas indústrias de alimentos, corantes e tintas e no beneficiamento do couro.
272
Regras de nomenclatura dos oxiácidos Da mesma forma que temos uma regra específica de nomenclatura dos hidrácidos, também temos regras de nomenclatura para os oxiácidos. Contudo, nos casos dos oxiácidos, um mesmo elemento químico pode formar até quatro ácidos. Para os oxiácidos, cujo elemento forma um único ácido, a nomenclatura é feita utilizando o sufixo -ico. No caso em que o elemento forma dois oxiácidos, deve-se utilizar o sufixo -ico para o mais oxigenado, e o sufixo -oso para o menos oxigenado.
Ciências da Natureza e suas Tecnologias
Existem elementos, como o cloro, por exemplo, que podem formar até quatro oxiácidos. Para esses casos devem-se empregar os prefixos e os sufixos per- -ico, ico, oso, e hipo- -oso. Para ilustrar, de maneira geral, temos que: nn Se o elemento formar apenas um ácido oxigenado, usa-se a terminação -ico.
nn Se o elemento formar dois ácidos oxigenados, usam-se a terminação -ico para o ácido mais oxigenado e a terminação
-oso para o ácido menos oxigenado.
nn Se o elemento formar três ou mais ácidos oxigenados, devem-se usar as terminações per- -ico, ico, oso, e hipo- -oso,
respectivamente, do mais para o menos oxigenado.
Fórmula do ácido a partir do ânion Uma maneira de se construir a fórmula de um ácido é a partir da fórmula do ânion. Para isso, é comum se utilizar uma tabela de ânions com seus respectivos nomes. Os ânions podem ser, basicamente, divididos em duas categorias: os ânions oxigenados e os ânions não oxigenados. Os ânions não oxigenados têm terminação (sufixo) em -eto.
Valência
Ácidos não oxigenados
Fórmula
Nome
Fórmula
Nome
F
Fluoreto
HF
Ácido fluorídrico
C-
Cloreto
HC
Ácido clorídrico
Br-
Brometo
HBr
Ácido bromídrico
I
-
Iodeto
HI
Ácido iodídrico
H-
Hidreto
Bivalente
2-
S
Sulfeto
Trivalente
N3-
Nitreto
Monovalentes
-
C10 Nomenclatura e Formulação dos Ácidos
Tabela de ânions com sufixo -eto
Não forma ácido H2S
Ácido sulfídrico Não forma ácido 273
Química
Para se determinar a fórmula do ácido, devemos reagir o íon H+ com um ânion. Por exemplo, para o ácido fluorídrico e o ácido bromídrico as fórmulas podem ser obtidas da seguinte maneira:
Para o ácido sulfídrico, a formulação segue o mesmo princípio, contudo, devemos lembrar que o sulfeto é um ânion bivalente. Nesse caso, são necessários dois íons H+ para se obter a neutralidade de carga elétrica.
Outra maneira de se chegar à fórmula molecular de ácidos, quando o ânion é bivalente, é por meio da inversão de cargas elétricas. Note, na ilustração a seguir, que o íon hidrogênio (cátion H+) é monovalente, enquanto que o íon ânion sulfeto é bivalente (S2-). Pois bem, para se chegar à neutralidade de cargas elétricas devemos seguir a proporção de 2 : 1, respectivamente, para o cátion e o ânion. Assim, temos:
A formulação de ácidos oxigenados depende da valência do ânion. Caso o ânion seja monovalente, teremos um monoácido; para ânions bivalentes, teremos um diácido; para ânions trivalentes, teremos um triácido e assim por diante. A nomenclatura de ânions oxigenados, por sua vez, depende da quantidade de oxigênio que o ânion apresenta. Já fizemos o estudo dos sufixos oso, hipo- -oso, ico e per- -ico. Para ânions com sufixo ito, o ácido deve ter sufixo oso. Para ânions com sufixo ato, o ácido deve ter sufixo ico. A seguir, temos as fórmulas de alguns ânions oxigenados e seus respectivos nomes.
Tabela de ânions oxigenados Valência
Monovalentes
Fórmula
Nome
Fórmula
Nome
2
NO
Nitrito
HNO2
Ácido nitroso
NO3-
Nitrato
HNO3
Ácido nítrico
ClO-
hipoclorito
HClO
Ácido hipocloroso
ClO2-
clorito
HClO2
Ácido cloroso
ClO-3
clorato
HClO3
Ácido clórico
ClO-4
perclorato
HClO4
Ácido perclórico
BrO-
hipobromito
HBrO
Ácido hipobromoso
BrO-2
bromito
HBrO2
Ácido bromoso
BrO-3
bromato
HBrO3
Ácido brômico
BrO
perbromato
HBrO4
Ácido perbrômico
SO32-
sulfito
H2SO3
Ácido sulfuroso
SO42-
sulfato
H2SO4
Ácido sulfúrico
CO32-
carbonato
H2CO3
Ácido carbônico
CrO42-
cromato
H2CrO4
Ácido crômico
Cr2O72-
dicromato
H2Cr2O7
Ácido dicrômico
BO33-
borato
H3BO3
Ácido bórico
PO43-
fosfato
H3PO4
Ácido fosfórico
P2O74-
pirofosfato
H4P2O7
Ácido pirofosfórico
C10 Nomenclatura e Formulação dos Ácidos
4
Bivalentes
Trivalentes Tetravalente 274
Ácidos oxigenados
Ciências da Natureza e suas Tecnologias
Fórmulas estruturais de oxiácidos Com relação à representação da fórmula estrutural de um oxiácido, é necessário observar o seguinte: nn Os
átomos de hidrogênio ionizáveis ligam-se diretamente aos átomos de oxigênio. nn Os átomos de oxigênio ligam-se diretamente ao átomo central da fórmula. nn Os átomos de hidrogênio não ionizáveis se ligam também ao átomo central. A seguir, temos as fórmulas estruturais dos ácidos sulfúrico, sulfuroso e ácido carbônico. Todos são diácidos, ou seja, têm dois hidrogênios ionizáveis.
Figura 01 - Fórmulas estruturais dos ácidos sulfúrico, sulfuroso e carbônico. Imagem fora de escala e em cores ilustrativas.
Observe que os hidrogênios ionizáveis estão ligados diretamente aos átomos de oxigênio, condição necessária para uma grande diferença de eletronegatividade. Hidrogênios ligados diretamente aos átomos de baixa eletronegatividade, caso do H3PO3, não são ionizáveis. A seguir, temos as fórmulas estruturais dos ácidos fosforoso (H3PO3), hipofosforoso (H3PO2) e ácido nitroso (HNO2). Observe que nem todo átomo de hidrogênio da fórmula é ionizável. Dessa forma, classificamos o ácido fosforoso e ácido hipofosforoso, respectivamente, como diácido e monoácido.
Figura 02 - Fórmulas estruturais dos ácidos fosforoso, hipofosforoso e nitroso. Somente os hidrogênios em cor vermelha são ionizáveis Imagem fora de escala e em cores ilustrativas.
Exercícios de Fixação
I. II. III. IV.
HBr ácido bromídrico H2CO3 ácido carbônico H2SO4 ácido sulfúrico H2SO3 ácido sulfuroso
02. “O ácido sulfúrico chega a ter tal importância na indústria que até hoje se pode avaliar o grau de desenvolvimento industrial de um país pelo consumo deste ácido.” Disponível em: < http://qnesc.sbq.org.br/online/qnesc16/v16_A12.pdf>. Acesso em 06 jul. 2016.
Considerando seus conhecimentos sobre formulação de ácidos, é correto propor para o ácido citado no texto a fórmula a) H2S c) HSO4 e) H2SO4 b) HSO3 d) H2SO3 Texto comum às questões 03 e 04 Para a nomenclatura de ácidos, oxigenado ou não oxigenado, utilizamos a nomenclatura do ânion de acordo com os sufixos da tabela a seguir: Terminação do íon
Terminação do ácido
eto
ídrico
ito
oso
ato
ico
03. Considerando essas informações e seus conhecimentos, complete a tabela a seguir com as fórmulas e nomes que faltam. Ânion
Nome do ânion
Fórmula do ácido
Nome do ácido
IO-
hipoiodito
HIO
Ácido hipoidoso
IO-2
iodito
HIO2
Ácido iodoso
IO
iodato
HIO3
Ácido iódico
periodato
HIO4
Ácido periódico
3
IO4-
04. Considerando essas informações e seus conhecimentos, complete a tabela a seguir com as fórmulas e nomes que faltam. Ânion
Nome do ânion
Fórmula do ácido
Nome do ácido
NO-2
nitrito
HNO2
Ácido nitroso
NO
3
Nitrato
HNO3
Ácido nítrico
SO32-
sulfito
H2SO3
Ácido sulfuroso
BO
borato
H3BO3
Ácido bórico
33
05. A seguir, temos as fórmulas estruturais de três ácidos.
A partir dessas informações, escreva as fórmulas moleculares dos ácidos e dê seus nomes oficiais. H2CO3 - ácido carbônico; H2SO4 - ácido sulfúrico; H3PO4 - ácido fosfórico.
275
C10 Nomenclatura e Formulação dos Ácidos
01. A seguir, listamos algumas fórmulas moleculares de ácidos. Considerando seus conhecimentos sobre nomenclatura e atribua nome para cada um dos ácidos listados.
Química
Exercícios Complementares 01. (Escs DF) Considere as informações abaixo, que tratam da maneira pela qual se atribuem nomes aos ácidos inorgânicos. I. II.
III.
A nomenclatura dos hidrácidos apresenta sufixo “ídrico”. Na hipótese de um elemento estar presente exclusivamente em dois oxiácidos, como os do grupo 15, aquele cujo elemento central tem maior número de átomos de oxigênio, terá sufixo “ico” e o que tem menor número de átomos de oxigênio, sufixo “oso”. Na hipótese de um elemento estar presente exclusivamente em quatro oxiácidos, como os do grupo 17, acrescentam-se, ainda, os prefixos “hipo” e “per” para o menor e maior número de oxidação, respectivamente.
Assim sendo, assinale a opção na qual a nomenclatura corresponde corretamente à fórmula do ácido. a) HCN – ácido ciânico b) HBrO – ácido hipobromídrico c) H3PO4 – ácido fosforoso d) HClO4 – ácido percloroso e) HNO3 – ácido nítrico 02. (UFMT) As fórmulas dos ácidos hipofosforoso, fosforoso, fosfórico e metafosfórico são, respectivamente: a) H2PO2, H3PO3, H3PO4, HPO3 b) HPO2, H3PO4, H3PO2, HPO3 c) H3PO3, H3PO2, H3PO4, HPO3 d) HPO3, H3PO2, H3PO4, HPO2, e) H3PO4, HPO2, H3PO3, H3PO2 03. (UEPB) As fórmulas moleculares dos ácidos, periódico, iodoso, iódico e hipoiodoso são, respectivamente: a) HIO4 b) HIO c) HIO4 d) HIO e) HIO2
HIO2 HIO2 HIO3 HIO4 HIO
HIO3 HIO3 HIO2 HIO3 HIO4
HIO HIO4 HIO HIO2 HIO3
04. Sobre os compostos abaixo, assinale o que for correto.
C10 Nomenclatura e Formulação dos Ácidos
I. II. III. IV.
HBr H2SO3 H3PO4 H2P2O7
01. Apenas um dos ácidos tem alta volatilidade. 02. Temos três oxiácidos e um hidrácido. 04. Em presença de solução aquosa, sofrem ionização produzindo íons cátions e ânions. 08. Na fórmula do composto III, temos três hidrogênios ionizáveis 16. O composto II está relacionado com a chuva ácida em grandes centros urbanos. 01-02-04-08-16
276
05. (Unesp SP) Sobre os compostos HC, H2SO4, H3BO3 e H2CO3 são feitas as afirmações: I. II. III. IV.
Todos sofrem ionização quando em meio aquoso, originando íons livres. Segundo Arrhenius, todos são ácidos porque, quando em meio aquoso, originam como cátions íons H+. Todos são compostos moleculares. De acordo com o grau de ionização, HC e H2SO4 são ácidos fortes.
V.
Os compostos H3BO3 e H2CO3 formam soluções aquosas com alta condutividade elétrica. Estão corretas as afirmativas: a) I, II, III, IV e V. b) I, apenas. c) I e II, apenas. d) I, II e III, apenas. e) I, II, III e IV, apenas. 06. (Unifap AP) Mesmo em locais não poluídos, a chuva contém ácido carbônico. Em locais poluídos, passam a estar presentes ácido nítrico e ácido sulfúrico, que dão origem ao fenômeno conhecido como chuva ácida. Considerando-se os ácidos citados no texto, podemos afirmar que suas fórmulas moleculares são, respectivamente: a) H2CO3, HClO2 e H2SO4 b) H2CO3, HNO2 e H3PO4 c) H2CO3, HNO3 e H2SO4 d) HClO4, H3PO4 e HNO2 e) H2CO3, HNO2 e H2SO3 07. (Puc MG) A tabela abaixo apresenta algumas características e aplicações de alguns ácidos:
Nome do acido
Aplicações e características
Ácido muriático
Limpeza doméstica e de peças metálicas (decapagem)
Ácido fosfórico
Usado como acidulante em refrigerantes, balas e goma de mascar
Ácido sulfúrico
Desidratante, solução de bateria
Ácido nítrico
Indústria de explosivos e corantes
As fórmulas dos ácidos da tabela são respectivamente: a) HC, H3PO4, H2SO4, HNO3 b) HCO, H3PO3, H2SO4, HNO2 c) HC, H3PO3, H2SO4, HNO3 d) HCO2, H4P2O7, H2SO3, HNO2 e) HCO, H3PO4, H2SO3, HNO3
FRENTE
C
QUÍMICA
MÓDULO C11
BASES DE ARRHENIUS
#Reportagem HC REGISTRA 37 ACIDENTES DE CRIANÇAS COM SODA CÁUSTICA Três crianças são vítimas de acidentes com soda cáustica por mês em Uberlândia. O número preocupa os profissionais de saúde do Hospital de Clínicas da Universidade Federal de Uberlândia (HC/UFU), que registrou, em 2010, 37 ocorrências sendo 13 graves. Em 2009, foram 17 casos graves. De acordo com a cirurgiã e endoscopista pediátrica Mariza Rodrigues de Faria, os registros de acidentes podem ser decorrentes do costume que muitas famílias têm de produzir sabão em casa. “Apesar de existir legislação para rotular, acondicionar e transportar soda cáustica, não há no Brasil orientação efetiva sobre o uso e armazenamento nos domicílios”, disse. Segundo a médica, falta também fiscalização dos órgãos governamentais para o cumprimento de lei e punição do comércio clandestino que utiliza a matéria-prima como base de produtos de limpeza embalados geralmente em garrafas plásticas.
ASSUNTOS ABORDADOS nn Bases de Arrhenius nn Comportamento básico nn Critérios de classificação das bases nn Equação de dissociação nn Nomenclatura das bases
Disponível em: < http://www.correiodeuberlandia.com.br/cidade-e-regiao/ hc-registra-37-acidentes-de-criancas-com-soda-caustica/>. Acessado em 06 jul. 2016.
Vimos na reportagem do início dessa página que as bases são produtos de uso do nosso dia a dia. O NaOH, também conhecido como soda cáustica, é um sólido branco em condição ambiente e é inodoro, ou seja, não apresenta cheiro. Como se trata de uma substância muito corrosiva, é necessário cuidado ao manuseá-la ou ao preparar uma solução. Soluções aquosas diluídas de NaOH são usadas na produção de sabões e detergentes; no controle de acidez nas indústrias têxteis e de papel; na produção e no refino de metais e de petróleo. Os sabões são fabricados a partir da reação do NaOH com um ácido encontrado em óleos e gorduras, chamado de ácido graxo. Óleos e gorduras serão estudados em aulas posteriores de Química Orgânica.
Comportamento básico
Fonte:Por branislavpudar / Shutterstock.com / wikimedia commons / Walkerma / publicdomainpictures / Steve Buissinne
Da mesma forma que fizemos o estudo dos ácidos de Arrhenius, começaremos o estudo das bases analisando o comportamento de três substâncias químicas em presença de água. Lembre-se de que os conceitos de acidez e basicidade de Arrhenius foram desenvolvidos em presença do solvente água.
Figura 01 - Na imagem, vemos da esquerda para a direita, respectivamente, o uso do NaOH na indústria de controle; cristais de NaOH e sabões produzidos com o uso de soda cáustica. 277
Química
Por exemplo: Na, NH3 e KOH, quando dissolvidos em meio aquoso, são bases, segundo a teoria de Arrhenius. Reação do sódio com a água, produzindo o íon OH−(aq): Na(s) + H2O() → Na+ (aq) + OH- (aq) +
1 2
H2 (g)
Reação da amônia (NH3) com a água, produzindo o íon OH−(aq): + 4
-
NH3 (g) + H2O() NH (aq) + OH (aq)
Dissociação do hidróxido de potássio – KOH(s) – em presença de água, liberando o íon OH−(aq): KOH(s) + H2O() → KOH(aq) KOH(aq) → K + (aq) + OH- (aq)
Aqui também não há nenhuma semelhança estrutural entre as três substâncias – Na, NH3 e KOH –, mas, em função do meio aquoso, elas apresentam comportamento semelhante: produzem ou liberam o íon OH−(aq). Dessa forma, podemos dizer que bases, pela definição de Arrhenius, são espécies químicas que em presença de água produzem o ânion OH−(aq) por ionização, caso do sódio e da amônia (Na e NH3), ou dissociação liberando o íon OH-, caso do hidróxido de potássio (KOH). Novamente, devemos destacar que as bases de Arrhenius também não estão restritas a um único grupo de substâncias, como os hidróxidos metálicos – NaOH, KOH, Fe(OH)2 etc. –, mas a um comportamento em presença de água. Contudo, neste módulo, faremos o estudo dos hidróxidos metálicos, ou seja, bases de Arrhenius que têm semelhaças estruturais. Em aulas posteriores, estudaremos os demais comportamentos básicos.
Critérios de classificação das bases Os hidróxidos metálicos são espécies químicas que em presença de água sofrem dissociação iônica, liberando como ânion o íon OH−. A semelhança estrutural se dá pela
presença do grupo OH− ligado diretamente a um metal por força eletrostática (ligação iônica). Exemplos: NaOH, KOH, Ca(OH)2, Fe(OH)3, etc. Esse grupo de bases de Arrhenius recebe classificação à parte quanto ao número de grupos OH, à solubilidade em água e ao grau de dissociação. Quanto ao número de hidroxilas (OH) Quanto ao critério número de grupos hidroxilas, os hidróxidos metálicos podem ser classificados em monobases, dibases, tribases etc. São exemplos de monobases os hidróxidos de NaOH, KOH, NH4OH. Para as dibases, podemos citar como exemplos os hidróxidos de Ca(OH)2 e Fe(OH)2. Para as tribases, podemos citar os hidróxidos de Fe(OH)3 e A(OH)3. Para as tetrabases, são exemplos os hidróxidos de Pb(OH)4 e Mn(OH)4. Quanto à solubilidade em água As bases de Arrhenius podem ter 100% de solubilidade em água, casos das bases de metais alcalinos e amônio. Os hidróxidos de metais alcalinoterrosos são parcialmente solúveis e as demais bases são classificadas como sendo praticamente insolúveis. Quanto ao grau de dissociação em meio aquoso Em termos de disssociação em meio aquoso, os hidróxidos de metais alcalinos e alcalinoterrosos são praticamente 100% dissociáveis. Fazendo exceção aos hidróxidos de berílio (Be) e magnésio (Mg), que praticamente não sofrem dissociação em meio aquoso. O grau de dissociação de um hidróxido é determinado experimentalmente e representado pela letra grega α (alfa). Considerando o grau de dissociação, as bases de Arrhenius são classificadas em fortes ou fracas. São bases fortes, os hidróxidos de metais alcalinos e alcalinoterrosos, exceto os de Be(OH)2 e Mg(OH)2. Os demais hidróxidos metálicos são bases fracas.
De maneira geral, o quadro a seguir faz uma breve síntese dos critérios de classificação das bases de Arrhenius. Classificação das bases de Arrhenius
C11 Bases de Arrhenius
Número de OH
Solubilidade em água
Grau de dissociação ( α )
278
Monobases
NaOH, KOH, LiOH, NH4OH,
Dibases
Ca(OH)2, Fe(OH)2, Mg(OH)2, Ba(OH)2
Tribases
Fe(OH)3, A(OH) 3
Tetrabases
Pb(OH)4, Mn(OH)4
Solúveis
as bases de metais alcalinos e de amônio.
Pouco solúveis
as bases de metais alcalinoterrosos.
Praticamente insolúveis
as demais bases.
Fortes
as bases de metais alcalinos e alcalinoterrosos, exceto Be(OH)2 e Mg(OH)2.
Fracas
as demais bases.
Ciências da Natureza e suas Tecnologias
Equação de dissociação
Nomenclatura das bases
Quando duas ou mais espécies químicas entram em contato, pode haver um fenômeno de dissociação ou de ionização. No caso das bases de Arrhenius, geralmente ocorre um processo de dissociação, pois se trata de compostos predominantemente iônicos. Contudo, há casos de bases de Arrhenius que sofrem ionização.
Na abertura dessa aula, vimos na reportagem que o hidróxido de sódio foi chamado de soda cáustica. Da mesma forma, o hidróxido de magnésio recebe nome de leite de magnésia, quando em suspensão em solução aquosa. A nomenclatura de bases de Arrhenius, segundo a IUPAC, deve ser feita usando as seguintes regras:
O termo ionização indica que íons são formados e isso caracteriza uma reação química. Já a dissociação molecular ou iônica é um fenômeno que ocorre sem que haja mudança da estrutura química da matéria. Trata-se de um processo físico em que ocorre a separação de espécies químicas já existentes.
hidróxido + nome do elemento metálico Contudo, na representação da fórmula do hidróxido metálico, o grupo hidróxido aparece do lado direito da fórmula, de acordo com a representação a seguir:
A ionização produzindo comportamento básico A reação da amônia em meio aquoso é um exemplo de ionização com formação do íon OH-. O processo pode ser representado pela equação química a seguir: Na(s) + H2O() → Na+ (aq) + OH- (aq) +
NH3 (g) + H2O()
→ ←
1 2
H2 (g)
NH+4 (aq) + OH- (aq)
A dissolução seguida de ionização produzindo o íon ânion OH− caracteriza o NH3 como sendo uma base de Arrhenius. Observe que as flechas nos dois casos evidenciam processos químicos com extensão reacionais diferentes: na ionização do sódio, o regente é convertido integralmente em produtos iônicos. Já no processo de ionização da amônia há formação de um estado de equilíbrio, o que evidencia conversão parcial do reagente em produtos. A dissociação dos hidróxidos produzindo comportamento básico A maioria das bases de Arrhenius são compostos iônicos formados pelos hidróxidos metálicos. Isso acontece, por exemplo, no caso da soda cáustica (hidróxido de sódio). A reação de dissociação do NaOH libera íons Na+ (cátion) e ânion (OH-). O ânion OH- é quem dá características básicas ao meio. A seguir, temos as equações de dissociação do hidróxido de sódio e hidróxido de cálcio em meio aquoso.
Caso o elemento metálico possa combinar-se mais de uma vez com o grupo hidróxido, devemos citar a capacidade de combinação do elemento (valência do íon combinado). Por exemplo, o sódio é monovalente, portanto, forma um único hidróxido básico, o NaOH. Já o ferro se apresenta sob a forma de dois íons, o ferro bivalente (Fe2+) ou ferro trivalente (Fe3+). Assim, o ferro pode formar duas bases ou hidróxidos. A seguir, temos as fórmulas dessas três bases.
NaOH(aq) → Na+ (aq) + OH- (aq)
Assim como no caso de ácidos com mais de um hidrogênio ionizável, a dissociação de bases com mais de um grupamento OH também pode ser representada em etapas. Vejamos o exemplo do hidróxido de cálcio: 1ª etapa: Ca( OH)2 (aq) → Ca(OH)+ (aq) + OH- (aq) 2ª etapa: Ca(OH)+ (aq) → Ca2+ (aq) + OH- (aq) ---------------------------Equação global: Ca( OH)2 (aq) → Ca2+ (aq) + 2OH- (aq)
Na formulação de hidróxidos matálicos em que o metal apresenta duas valências, devemos ter o cuidado de fazer a proporção entre os íons, ou seja, a valência do cátion metálico é utilizada como índice ou atomicidade para o grupo hidróxido (OH). 279
C11 Bases de Arrhenius
Ca( OH)2 (aq) → Ca2+ (aq) + 2OH- (aq)
Química
A seguir, temos o hidróxido de potássio, hidróxido de magnésio e hidróxido de alumínio. Os três metais que constituem essas bases apresentam uma única valência.
Para o caso do manganês, representado a seguir, temos o manganês bivalente (hidróxido de manganês II ou manganoso) e o manganês(IV) (hidróxido de manganês IV ou mangânico). Para o bário, temos uma única base de Arrhenius. O bário é sempre bivalente.
Exercícios de Fixação 01. (Fac. Cultura Inglesa SP) Soluções aquosas de hidróxido de amônio, NH4OH(aq), são empregadas na indústria têxtil e agrícola, no tratamento de efluentes e na limpeza doméstica. (http://www.infoescola.com. Adaptado.)
A fórmula química fornecida para o hidróxido de amônio, permite afirmar que essa substância é classificada como a) um sal. b) um ácido. c) um óxido. d) uma base. e) um hidrato. 02. (Unip SP) A fórmula do hidróxido ferroso é: a) Fe(OH)2 b) Fe(OH)3
c) FeO d) Fe2O3
03. (Mackenzie SP) A equação que representa corretamente a dissociação iônica de uma base pouco solúvel, de fórmula M(OH)x, é:
C11 Bases de Arrhenius
a) M(OH)x → Mx+ + OHb) M(OH)x → xM+ + xOHc) M(OH)x → Mx+ + xOH-
d) M(OH)x → Mx+ + OHxe) M(OH)x → xM+ + OH-
04. (Osec SP) Uma base forte deve ter ligado ao grupo OH: a) um elemento muito eletropositivo b) um elemento muito eletronegativo c) um semimetal d) um metal que dê 3 elétrons e) um ametal
280
05. (UFPA) Entre as bases a seguir, indique quais são praticamente insolúveis em água: I. II. III. IV. V. VI.
KOH Mg(OH)2 NaOH Al(OH)3 Fe(OH)2 LiOH
a) V e VI b) IV e VI c) II, III e IV d) II, IV e V e) I, III e VI 06. (FEEQ CE) A formação de hidróxido de alumínio, resultante da reação do íon alumínio com o grupo hidróxido, pode ser representada por: a) A+ + OH- → A(OH) b) A2+ + 2 OH- → A(OH)2 c) A3+ + 3 OH- → A(OH)3 d) A4+ + 4 OH- → A(OH)4 e) A5+ + 5 OH- → A(OH)5 07. (UFPB) Dentre as bases abaixo, a menos solúvel em água é o: a) Mg(OH)2 b) NaOH c) NH4OH d) Ca(OH)2 e) KOH
Ciências da Natureza e suas Tecnologias
Exercícios Complementares
a) Na b) NaOH
c) Na2CO3 d) NaHCO3
e) KOH
02. (Fatec SP) Leia atentamente a seguinte notícia publicada em jornal: Alunos tomam soda cáustica durante aula e passam mal. Dezesseis alunos de uma escola particular de Sorocaba, interior de São Paulo, foram internados após tomar soda cáustica durante uma aula de Química. Os alunos participavam de um exercício chamado “teste do sabor”: já haviam provado limão, vinagre e leite de magnésia e insistiram em provar a soda cáustica, produto utilizado na limpeza doméstica. Em pouco tempo, os alunos já começaram a sentir os primeiros sintomas: ardência na língua e no estômago, e foram encaminhados ao Hospital Modelo da cidade. (Adaptado do Diário do Grande ABC OnLine, 19/09/2005.)
Sobre essa notícia, foram feitas as seguintes afirmações: I. Os produtos ingeridos pelos alunos (limão, vinagre, leite de magnésia e soda cáustica) são todos ácidos e, por isso, corrosivos. II. Tanto o leite de magnésia como a soda cáustica são compostos alcalinos. III. A soda cáustica (NaOH) é uma base forte; o leite de magnésia (suspensão de Mg(OH)2) é uma base fraca. Isso ajuda a entender por que o leite de magnésia pode ser ingerido, mas a soda cáustica não. Dessas afirmações, a) apenas I é correta. d) II e III são corretas. b) apenas II é correta. e) I e III são corretas. c) apenas III é correta. 03. (UFV MG) A formação de hidróxido de cálcio resultante da reação de um sal desse metal com uma base pode ser representada por: a) Ca+ + OH- → Ca(OH) b) Ca2+ + OH- → Ca(OH)2
c) Ca3+ + 3 OH- → Ca(OH)3 d) Ca4+ + 4 OH- → Ca(OH)4
04. (Uem PR) Na tabela a seguir, encontram-se alguns elementos químicos essenciais aos organismos vegetais. A esse respeito, assinale o que for correto. Macroelementos
Microelementos
Nitrogênio Fósforo Potássio Enxofre Cálcio Magnésio
Ferro Boro Manganês Cobre Cloro Zinco
01. Todos os microelementos constantes na tabela anterior são metais. 02. A fórmula molecular do ácido bórico, uma das principais fontes de boro para as plantas, é H3BO3. 04. Como as plantas necessitam de nitrogênio para crescerem, elas retiram o gás nitrogênio do ar através da absorção em suas folhas, para ser utilizado nas células vegetais. 08. O fósforo e o boro podem formar compostos que não obedecem à regra do octeto. 16. Os compostos Fe(OH)2 e Fe(OH)3 são hidróxidos praticamente insolúveis em água. 02-08-16 05. (UEPG PR) Com relação às bases relacionadas abaixo, assinale o que for correto. I. NaOH II. NH4OH III. Mg(OH)2 IV. Cu(OH)2 01. 02. 04. 08.
I é uma base de metal alcalino considerada forte. III e IV são bases consideradas insolúveis em água. I e II são denominadas de monobases. A equação Mg(OH)2 → Mg2+ + 2 OH– representa corretamente a dissociação da base III. 01-02-04-08
06. (UFG GO) O Mg(OH)2 em água (leite de magnésia) é consumido popularmente como laxante e antiácido. De acordo com a equação a seguir, pode-se afirmar que o Mg(OH)2. Mg(OH)2(s) + H2O() → Mg2+ + 2OH-(aq) 01. é uma substância básica; 02. em água é pouco solúvel; 04. em água produz uma solução neutra; 08. em água produz um (1) cátion e dois (2) ânions; 16. tem duas (2) cargas positivas e uma (1) negativa; 32. em água é um processo químico. 01-02-08 07. (Mackenzie SP) Na reação entre os gases N2 e H2, obtém-se unicamente gás amônia. A solução aquosa de amônia recebe o nome de amoníaco (hidróxido de amônio), que é o componente ativo de produtos de limpeza usados para remoção de gorduras. A partir dessas informações, considere as seguintes afirmações: I. O hidróxido de amônio tem fórmula NH3 . II. Na formação do gás amônia, a reação ocorrida é de síntese. III. O amoníaco tem fórmula NH4OH . IV. A amônia tem fórmula NH4OH . V. O cheiro irritante e forte, que se sente quando se usa amoníaco, é proveniente do gás nitrogênio. Estão corretas, somente: a) I e IV. c) II e III. b) II e V. d) I e II.
e) III e V.
281
C11 Bases de Arrhenius
01. (UFPI) Assinale a substância química que é o principal constituinte da soda cáustica:
FRENTE
C
QUÍMICA
MÓDULO C12
ASSUNTOS ABORDADOS nn Conceitos modernos de ácidos e
bases
nn Conceitos ácido-base de BrönstedLowry nn O comportamento ácido em água nn O comportamento básico em água nn Indicadores ácido-base
CONCEITOS MODERNOS DE ÁCIDOS E BASES Vimos na aula anterior que o conceito de ácido-base de Arrhenius está intimamente ligado à presença do meio aquoso. Mas, no laboratório, muitas reações químicas ocorrem nos estados gasoso, líquido e até no estado sólido, não havendo a necessidade de água. Por isso, dizemos que os conceitos ácido-base de Arrhenius são limitados, ou seja, só podem ser aplicados quando o meio é aquoso.
Conceitos ácido-base de Brönsted-Lowry Vimos que os conceitos de Arrhenius são limitados ao meio aquoso. Para outros meios reacionais, como o estado gasoso, é necessário que se utilize outros conceitos de ácidos e bases. Nesse sentido, Brönsted e Lowry propuseram que: nn Ácido
é toda espécie química doadora de íons prótons (H+). nn Base é toda espécie química receptora de íons prótons (H+).
O comportamento ácido em água
Note que, na ilustração acima, o HC sofre ionização ao reagir com a água, produzindo o íon H3O+. Logo é um ácido de Arrhenius. Mas isso não impede que analisemos a reação segundo as definições de Brönsted-Lowry. Observe que o HC doa um íon próton H+ para a água, oque está de acordo com a definição de ácido de Brönsted-Lowry.
282
Figura 01 - À esquerda, imagem do Johannes Nicolaus Brönsted (1879-1947). À direita, imagem de Thomas Martin Lowry (1874-1936).
Fonte: wikimedia commons / Anonymous
Fonte: wikimedia commons / Peter Elfelt
Como forma de explicar melhor esses conceitos, vamos analisar a situação da ionização do HC(g) em presença de água. Em seguida, procuraremos entender o fenômeno, aplicando as definições de Brönsted-Lowry, isto é, vamos interligar as teorias sobre o comportamento ácido-base.
Ciências da Natureza e suas Tecnologias
O comportamento básico em água Quando dissolvemos amônia gasosa em água, notamos por meio de indicadores de meio que ela apresenta comportamento básico. Resta saber se esse comportamento está de acordo com as definições de ácido e base segundo as duas teorias vistas até o momento.
Segundo Arrhenius, base é toda espécie química que em presença de água produz ou libera o íon OH−, por ionização ou dissociação iônica, respectivamente. Portanto, a amônia é uma base segundo essa definição (veja a ilustração acima). Mas a amônia também é uma base de Brönsted-Lowry: durante a reação recebe um íon próton (H+) da água.
direta → ← inversa
) . Da mesma forma que
a água doa próton H para converter a amônia em íon amônio, este, por sua vez, também doa próton H+ para converter o íon OH− em água e vice-versa. Podemos identificar nesse processo químico dois ácidos e duas bases de Brönsted-Lowry. +
NH3 (g) + H2O() recebe H (base)
doa H+ (ácido)
direta → ← inversa
NH4+ (aq) + OH- (aq) recebe H+ (base)
doa H+ (ácido)
Define-se par conjugado como sendo o par de espécies químicas que se diferenciam por um único íon H+. Na reação acima, temos: NH4+ (aq) NH3 (g)
H2O(l)
pares conjugados
pares conjugados
doa H+ (ácido)
recebe H+ (base)
OH- (aq)
doa H+ (ácido)
recebe H+ (base)
Analisando a ionização do HC em água: HC(g) + H2O() doa H+ (ácido)
recebe H+ (base)
direta → ← inversa
H3O+ (aq) + C - (aq) doa H+ (ácido)
H3O+ (aq) H2O()
pares conjugados
pares conjugados
doa H+ (ácido)
recebe H+ (base)
doa H+ (ácido)
recebe H+ (base)
Observe que, segundo o conceito de Brönsted-Lowry, uma mesma espécie química pode assumir comportamento de ácido ou de base, dependendo do meio. Se analisarmos as duas equações de ionização discutidas acima, veremos que a água assume comportamento de ácido na ionização da amônia e comportamento de base na ionização do cloreto de hidrogênio. Espécies químicas que se comportam dessa maneira são chamadas de espécies anfipróticas, isto é, elas têm duplo comportamento químico. Do exposto acima, temos que as definições de ácido e base estão interligadas segundo as duas teorias e que a escolha de uma ou de outra definição vai depender de fatores como tipo de meio reacional, solvente, estado físico dos reagentes etc. Em aulas posteriores, estudaremos o conceito de ácido segundo a teoria de Lewis.
recebe H+ (base)
Você já deve ter comentado com alguém que um alimento apresenta maior ou menor grau de acidez; por exemplo, que o limão é mais ácido que a laranja. É bem provável que você faça essa afirmação antes mesmo de realizar qualquer teste, acreditando até que o ácido presente no limão seja diferente daquele presente na laranja. Tudo isso é feito com base em uma única propriedade organoléptica: os limões normalmente são mais azedos que as laranjas. Fatos como esse levam as pessoas a pensar que os conceitos de acidez e basicidade são atributos dos materiais, ou seja, que a laranja é menos ácida que o limão simplesmente porque é uma laranja. No entanto, acidez e basicidade têm conceitos completamente diferentes do conceito popular e jamais podem ser consideradas atributos da matéria. São propriedades que dependem de interações com outro meio material, ou seja, para o conceito de Arrhenius, uma espécie química tem caráter ácido ou básico se estiver interagindo com a água. Portanto, é uma propriedade que depende do meio reacional. A mesma espécie química, quando pura, não mantém nenhum grau de acidez. Para indicar se um determinado meio apresenta acidez ou basicidade, utilizamos os indicadores de meio. Há algumas substâncias, chamadas de indicadores ácido-base, que apresentam colorações diferentes em meio ácido ou em meio básico. Podemos citar como exemplo a fenolftaleína e o tornassol. A fenolftaleína fica incolor em meio ácido e rósea em meio básico; o tornassol fica vermelho em meio ácido e azul em meio básico. 283
C12 Conceitos Ácido-Base de Brönsted-Lowry
Quando analisamos, no último caso, o comportamento da amônia em água, vimos que o processo de ionização forma um equilíbrio. Portanto as reações ocorrem nos dois sentidos
(
C - (aq)
HC(g)
Indicadores ácido-base
Brönsted-Lowry e os pares conjugados
do processo: direto e inverso
Na reação anterior, temos os seguintes pares conjugados:
Química
Há um vasto número de espécies químicas disponíveis que possibilitam a determinação do caráter ácido ou básico de um meio. Além das citadas, podem ser utilizados o alaranjado de metila (vermelho em meio ácido e amarelo alaranjado em meio básico) e o azul de bromotimol (amarelo em meio ácido e azul em meio básico). Existem também indicadores naturais, como extrato de repolho-roxo e alguns tipos de flor. Para se ter uma avaliação quantitativa de quando um meio deixa de ser ácido para se tornar básico (ou vice-versa), utiliza-se uma escala denominada pH, que vai de 0 a 14. A escala de pH está relacionada com a concentração de H+ (ou H3O+) em um meio a determinada temperatura. Meios com pH maior que 7 são básicos, com pH menor que 7 são ácidos e com pH igual a 7 são neutros. O estudo do tema pH será feito em aulas posteriores, geralmente no segundo ano do Ensino Médio. Para entendermos a ação de um corante indicador ácido-base, precisamos recorrer à teoria ácido-base de Brönsted-Lowry. Um corante é um ácido fraco que assume uma cor na forma ácida (HIn, em que In significa indicador) e outra na forma de base conjugada (In−). Isso ocorre porque a diferença entre um ácido e uma base conjugada está na presença ou não de um íon H+. Quando o ácido doa o íon H+ e se converte na base conjugada, ocorre uma mudança na estrutura molecular que produz mudança de cor (diferentes estruturas moleculares absorvem diferentes comprimentos de luz). HIn + H2O ⇄ H3O+ + In−
C12 Conceitos Ácido-Base de Brönsted-Lowry
O meio assume a cor da espécie química que está em maior quantidade, ou seja, se a concentração do HIn for superior à concentração do In−, a solução assume a cor do corante na forma ácida. Mas, se a concentração do In− for superior à concentração do HIn, a solução assume a cor do corante na forma de base conjugada do indicador.
284
Ciências da Natureza e suas Tecnologias
Exercícios de Fixação 01. (Unesp SP) Considere as seguintes equações químicas:
02. (Integrado RJ) Na reação: NH4+ + S2- → NH3 + HS-, o íon sulfeto (S2-) é uma espécie de característica: a) básica, segundo a teoria de Brönsted-Lowry b) básica, segundo a teoria de Arrhenius c) ácida, segundo a teoria de Lewis d) ácida, segundo a teoria de Brönsted-Lowry e) ácida, segundo a teoria de Arrhenius 03. (PUC RJ) Considere o equilíbrio químico abaixo: H2PO4-(aq) + NH3(aq) HPO42-(aq) + NH4+(aq) De acordo com o conceito de Brönsted-Lowry que define, num equilíbrio, o ácido e a base levando em conta a espécie que doa e a espécie que recebe prótons (H+), é correto afirmar que: a) NH3 é a base conjugada do ácido NH4+ b) NH4+ é a base conjugada do ácido HPO42– c) H2PO4– é o ácido conjugado da base NH3t d) HPO42– é o ácido conjugado da base NH4+ e) HPO42– é o ácido conjugado da base H2PO4– 04. (UNITAU SP) De acordo com a teoria de ácidos e bases, segundo Brönsted e Lowry, o ânion HCO3-: a) pode reagir como ácido e como base b) sempre age como ácido c) sempre age como base. d) nunca é ácido. e) só pode como base ao reagir com cátions 05. (Puc SP) A fenolftaleína é um dos componentes de medicamentos de efeito laxativo. Em solução alcoólica, é usada como indicador ácido-base, pois, em meio básico, fica vermelha e, em meio ácido ou neutro, incolor. Em três tubos designados por A, B e C foram colocadas, respectivamente, amostras de saliva, suco gástrico e suco entérico. Considerando o pH da boca igual a 7,0 o do estômago 2,5 e o do intestino 8,5 assinale a afirmação correta a respeito do que ocorrerá em cada tubo, ao se adicionarem algumas gotas de fenolftaleína.
Mudança de Cor Tubo A
Tubo B
Tubo C
a)
não
não
sim
b)
não
sim
sim
c)
sim
sim
não
d)
não
sim
não
e)
sim
não
sim
06. (Uel PR) A dissolução do gás carbônico em água produz as seguintes reações: I. H2O + CO2 H2CO3 II. H2CO3 +H2O H3O+ + HCO3III. HCO-3 + H2O H3O+ + CO32Considerando as reações em equilíbrio, assinale a(s) proposição(ões) VERDADEIRA(S): 08 01. O ácido HCO3- é mais forte que o ácido H2CO3. 02. De acordo com Brönsted-Löwry, o íon HCO3- é um ácido em II. 04. O íon HCO3- funciona como base de Arrhenius em III. 08. Uma solução aquosa de CO2 é ácida. 07. (Unirg TO) Dadas as seguintes equações químicas e tendo em mente a teoria ácido-base de Lowry e Brönsted: HC + H2O → H3O+ + C– NH3 + H2O → NH4+ + OH– NH3 + HC → NH4+ + C– Assinale a única alternativa correta. a) NH4+ é a base conjugada de NH3. b) A molécula de H2O funciona como espécie anfiprótica. c) HC e H3O+ formam um par ácido-base conjugado de Lowry e Brönsted. d) Num par ácido-base conjugado de Lowry e Brönsted, quanto mais forte é o ácido, mais forte é a sua base conjugada. 08. (Udesc SC) Em relação à equação mostrada abaixo, assinale a alternativa que contém a classificação da função inorgânica de cada espécie e de seus pares conjugados. HSO3- ( aq) + NH4+ ( aq) → NH3 ( aq) + H2SO3 ( aq) (1 )
(2)
(3)
(4)
a) 1 é base, 2 é ácido e 3 e 4 são sais. b) 1 e 3 são ácidos, 2 e 4 são bases. c) 1 e 4 são ácidos, 2 e 3 são bases. d) 1 é ácido, 2 é base e 3 e 4 são sais. e) 1 e 3 são bases, 2 e 4 são ácidos.
285
C12 Conceitos Ácido-Base de Brönsted-Lowry
HC + H2O → H3O+ + CNH3 + H2O → NH4+ + OHNH3 + HC → NH4- + CDe acordo com a teoria de Brönsted e Lowry, pode-se afirmar que: a) HC, NH3 e H2O são ácidos. b) NH3, C-, NH4+, H2O e HC são ácidos. c) H3O+, H2O, HC e NH3 são ácidos. d) NH3, C- e OH- são bases. e) H3O+, OH-, C- e NH3 são bases.
Química
Exercícios Complementares 01. (UEG GO) De modo geral, as moléculas apresentam um comportamento de um ácido ou uma base, dependendo do ambiente químico em que se encontram. Nesse contexto, abaixo são apresentadas quatro reações ácido-base.
As equações químicas descritas, que representam reações ácido-base segundo a teoria de Brönsted-Lowry, são, respectivamente: a) I e II b) I e IV c) II e III d) III e IV 02. (ITA SP) Assinale a opção que contém a base conjugada de OH–. a) O2–
b) O–
c) O2–
d) H2O
e) H+
03. (FGV SP) A água participa em reações com diversas espécies químicas, o que faz com que ela seja empregada como solvente e reagente; além disso, ela toma parte em muitos processos, formando espécies intermediárias e mais reativas. I. HNO2 + H2O NO2– + H3O+ II. NH3 + H2O NH4+ + OH– III. O2– + H2O OH– + OH–
C12 Conceitos Ácido-Base de Brönsted-Lowry
De acordo com a teoria de ácidos e bases de Brönsted-Lowry, a classificação correta da água nas equações I, II e III é, respectivamente: a) base, base e ácido. d) ácido, base e ácido. b) base, ácido e ácido. e) ácido, base e base. c) base, ácido e base. 04. (Uniube MG) Uma maneira de extração do petróleo atualmente é pelo pré-sal, mesmo sendo um método que produz grande poluição devido aos seus muitos derivados, como o enxofre, o dióxido de carbono e outros gases poluentes. Acredita-se que esses fatores devem ser considerados na decisão de exploração desse tipo de petróleo, pois os benefícios podem significar a contramão do processo de evolução do homem. Outro fator importante é que os oceanos, além das plantas, atuam na retirada do excesso de dióxido de carbono da atmosfera em aproximadamente 30% do que é emitido no mundo anualmente, e podendo interferir na formação de corais, conchas, podendo comprometer
286
a cadeia alimentar dos animais marinhos. O gás carbônico, quando reage com a água, pode formar os seguintes equilíbrios químicos: CO2(g) + H2O(l) H2CO3(aq) H2CO3(aq) + H2O(l) H3O+(aq) + HCO3–(aq) HCO3–(aq) + H2O(l) H3O+(aq) + CO32–(aq) Observando essas reações, é possível afirmar que: I. A água é considerada um ácido de Arrhenius ao interagir com o dióxido de carbono. II. O H2CO3 é um ácido de Brönsted e Lowry. III. O íon H3O+ é um ácido conjugado, segundo Brönsted e Lowry. IV. As espécies na equação química H2CO3 e HCO3– são consideradas, respectivamente, ácido e base conjugada, segundo Bronsted e Lowry. V. As espécies HCO3– e CO32– podem ser consideradas, respectivamente, ácido e base conjugada, segundo Brönsted e Lowry. Estão CORRETAS as afirmativas contidas em: a) I, II e IV, apenas b) II, III, e V, apenas c) I, II, V, apenas d) I, III, IV e V, apenas e) II, III, IV e V, apenas 05. (UFRN) Os aminoácidos, cujas propriedades determinam muitas de suas funções nos organismos vivos, são substâncias que dão origem às proteínas, compostos essenciais para a vida. O composto representado abaixo corresponde a um aminoácido, comercialmente conhecido como “alanina”. CH3CH(NH2)CO2H De acordo com a estrutura desse composto e com os conceitos de ácido e de base de Bronsted e Lowry, a alanina pode apresentar a) comportamento anfótero, pois é capaz de doar e de receber íons H+. b) somente comportamento ácido. c) somente comportamento básico. d) comportamento neutro, pois não é capaz de doar e de receber íons H+. 06. (UFV MG) Assinale a alternativa que corresponde a uma equação química em que a água se comporta como base: a) NaNH2 + H2O → NH3 + NaOH b) Na2CO3 + H2O → NaHCO3 + NaOH c) H2SO4 + 2H2O → SO42– + 2H3O+ d) HPO42– + H2O → H2PO4– + OH–
FRENTE
C
QUÍMICA
Exercícios de Aprofundamento 01. Ao se aquecer o ácido bórico (H3BO3) sólido até a temperatura de 300 °C, ele perde água e transforma-se em outro ácido denominado ácido metabórico, um sólido cristalino branco. Considerando essas informações, é de se prever que a fórmula do ácido metabórico é a) H3BO3 c) H3BO2 e) HBO2 b) H2BO3 d) H2BO2 02. (IF PE) A chuva ácida é muito prejudicial para o meio ambiente e um dos fatores que mais contribuem para seu aparecimento é a queima de combustíveis fósseis, como carvão e petróleo. Da queima desses combustíveis, dois subprodutos, enxofre e nitrogênio, reagem com o oxigênio do ar, formando os gases dióxido de enxofre e óxido de nitrogênio. Ao final do processo, formam-se os ácidos sulfúrico e nítrico. Das alternativas a seguir, assinale a que apresenta as fórmulas moleculares dos ácidos sulfúrico e nítrico, respectivamente. a) H2SO3 e HNO3 d) HNO3 e H2SO5 b) H3SO3 e HNO2 e) H4S2O7 e HNO5 c) H2SO4 e HNO3 03. (ITA SP) A posição relativa dos átomos, na molécula do ácido sulfúrico, é mais bem representada por:
06. (Mogi SP) O HC, quanto ao número de hidrogênios ácidos, elementos químicos, presença de carbono, presença de oxigênio e estado físico, classifica-se, respectivamente, como: a) monoácido, ternário, inorgânico, oxiácido, líquido b) monoácido, binário, inorgânico, hidrácido, gasoso c) biácido, binário, inorgânico, oxiácido, gasoso d) biácido, ternário, orgânico, hidrácido, gasoso e) monoácido, binário, orgânico, hidrácido, líquido 07. Qual dos ácidos abaixo é o menos volátil? a) HC. b) HI. c) H2SO3. d) H2SO4. e) CH3CH2COOH. 08. (Uespi PI) Podemos classificar os ácidos quanto ao número de hidrogênios ionizáveis, quanto ao número de elementos constituintes, e quanto à presença de oxigênio na molécula. Nesse sentido, qual dos ácidos listados a seguir, pode ser considerado um DIÁCIDO, TERNÁRIO e OXIÁCIDO ao mesmo tempo? a) H3PO4 b) H2SO4 c) HNO3
d) H2S e) H4P2O7
09. (Puc RS) Sobre os elementos químicos genéricos X e Y que apresentam as distribuições eletrônicas: X= Y=
04. (Ufu MG) Entre os oxiácidos H2SO3, H3BO3, HClO3, HMnO4, a ordem crescente de força ácida para esses compostos é: a) H2SO3, HClO3, H3BO3, HMnO4 b) HClO3 ,HMnO4, H2SO3, H3BO3 c) H3BO3, HClO3, H2SO3, HMnO4 d) H3BO3, H2SO3, HClO3, HMnO4 e) HMnO4 , HClO3, H3BO3, H2SO3, 05. (Mauá SP) Ao se dissolverem 5 mol de um ácido HX, em quantidade suficiente de água, constatou-se que 4 mol do soluto se ionizaram. Pedem-se: a) o grau de ionização de HX; a) 80% b) o número de íons existentes na solução obtida. b) 4,8 ⋅ 1024 íons
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d6 1s2 2s2 2p4
é correto afirmar que: a) X forma íon de carga 2−. b) Y forma íon de carga 4+ . c) X é um metal do grupo 4 da Tabela Periódica. d) o composto resultante da reação entre X e Y pode ter fórmula X2Y. e) o composto formado por X e Y, ao reagir com água, forma uma base. 10. (Vunesp SP) O magnésio pode ser obtido da água do mar. A etapa inicial desse processo envolve o tratamento da água do mar com óxido de cálcio. Nessa etapa, o magnésio é precipitado na forma de: a) MgCl2. b) Mg(OH)2. c) MgO.
d) MgSO4. e) Mg metálico.
287
Química
11. (UFRJ) A tabela a seguir fornece as cores de indicadores de ácido e de base:
e solução de NaOH. O desparecimento da cor rosa da amostra, ao adicionar glicerina, indica teste positivo para o ácido bórico. (Proposta Curricular de Química para o Ensino Médio – Manaus, 2012. Adaptado.)
Meio Ácido
Básico
Tornassol
Vermelho
Azul
Fenolftaleína
Incolor
Vermelho
A tabela a seguir dá o pH de alguns produtos:
Produtos
pH
Sangue
7,4
Urina
6,0
Vinagre
3,0
Clara de ovo
8,0
Qual a cor do tornassol em solução de CH3COOH (vinagre)? Justifique sua resposta. vermelha, pois o CH3COOH é ácido. 12. (UERJ) Estão apresentadas no quadro abaixo as cores das soluções de dois indicadores ácido-base em função da alteração do nível de acidez do meio reacional:
FRENTE C Exercícios de Aprofundamento
Solução do indicador
cor adquirida pela solução meio ácido
meio básico
Extrato aquoso de repolho roxo
vermelha
verde ou amarela
Solução alcoólica de fenolftaleína
incolor
rosa violáceo
Para classificar como ácido ou base, um estudante do 2º grau escolheu cinco produtos de uso doméstico, na ordem: água tônica, solução aquosa de soda cáustica comercial, água sanitária, suco de limão e solução aquosa de bicarbonato de sódio. A um pequeno volume de cada solução, adicionou gotas de um dos indicadores, separadamente, e notou as alterações das cores na ordem respectiva das soluções caseiras: vermelha, verde, amarela, incolor e rosa violáceo. A alternativa em que ambas as soluções são de caráter básico é: a) água tônica e suco de limão b) água tônica e água sanitária c) soda cáustica e suco de limão d) água tônica e bicarbonato de sódio e) água sanitária e bicarbonato de sódio 13. (Uea AM) A contaminação do leite com substâncias químicas nocivas à saúde, infelizmente, ainda é notícia na mídia. Uma das substâncias encontradas no leite adulterado foi o ácido bórico (H3BO3). A identificação dessa substância é feita a partir de uma amostra do leite em que são adicionados indicador fenolftaleína 288
Quanto às características do ácido bórico e o seu grau de ionização nos solventes água e glicerina, é correto afirmar que, em solução aquosa, esta substância é um ácido a) fraco e apresenta maior grau de ionização em água. b) forte e apresenta maior grau de ionização em glicerina. c) fraco e apresenta maior grau de ionização em glicerina. d) forte e apresenta menor grau de ionização em glicerina. e) forte e apresenta menor grau de ionização em água. 14. (UFSC) Considerando-se, exclusivamente, a diferença entre o número de oxigênio e o número de hidrogênios ionizáveis, em cada ácido, indique o(s) par(es) a seguir em que o ácido à esquerda é mais forte que o ácido à direita. 01. 02. 04. 08. 16. 32.
H3BO3 e HNO3 HCO4 e H2SO4 HCO4 e HCO H3PO4 e HNO3 H3PO2e HBrO4 H2SO4 e HCO 02-04-32
15. A fórmula estrutural do gás cianídrico (HCN) é a) H–C=N b) H=C≡N c) H=C=N d) H–C–N e) H–C≡N 16. (UFRGS RS) Admitindo-se 100% de ionização para o ácido clorídrico em solução diluída, pode-se afirmar que essa solução não contém a espécie: a) HCl b) OHc) H3O+
d) H2O e) C-
17. (Uesc BA) Considere o seguinte composto:
Assinale verdadeiro (V) ou falso(F), dizendo quais os itens são corretos: 01. o composto apresenta três hidrogênios ionizáveis. 02. o composto apresenta quatro ligações covalentes comuns e uma dativa. 04. o composto é um diácido. 08. o composto pertence a uma função orgânica. 04