Ácidos: características e exemplos

Os ácidos são compostos com elevado tendências de dador de protões ou aceitar um par de electrões. Existem muitas definições (Bronsted, Arrhenius, Lewis) que caracterizam as propriedades dos ácidos, e cada uma delas é complementada para criar uma imagem global desse tipo de composto.

Da perspectiva anterior, todas as substâncias conhecidas podem ser ácidas, no entanto, apenas aquelas que se destacam acima das outras são consideradas como tais. Em outras palavras: se uma substância é um doador de prótons extremamente fraco, em comparação com a água, por exemplo, pode-se dizer que não é um ácido.

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O ácido acético, um ácido fraco, doa um próton (íon hidrogênio, destacado em verde) para a água em uma reação de equilíbrio para dar o íon acetato e o íon hidrônio. Vermelho: oxigênio Preto: carbono Branco: hidrogênio

Assim, o que exatamente são os ácidos e suas fontes naturais? Um exemplo típico deles pode ser encontrado em muitas frutas: como frutas cítricas. As limonadas têm seu sabor característico devido ao ácido cítrico e outros componentes.

A língua pode detectar a presença de ácidos, como acontece com outros sabores. Dependendo do nível de acidez desses compostos, o sabor se torna mais intolerável. Dessa maneira, a língua funciona como um medidor organoléptico para a concentração de ácidos, especificamente a concentração de íons hidrônio (H 3 O + ).

Por outro lado, os ácidos não são encontrados apenas nos alimentos, mas também nos organismos vivos. Da mesma forma, os solos têm substâncias que podem caracterizá-los como ácidos; É o caso do alumínio e outros cátions metálicos.

Características dos ácidos

Quais características um composto deve ter, de acordo com as definições existentes, para ser considerado ácido?

Ele deve ser capaz de gerar íons H + e OH quando dissolvido em água (Arrhenius), deve doar prótons para outras espécies com muita facilidade (Bronsted) ou, finalmente, deve ser capaz de aceitar um par de elétrons, carregando negativamente (Lewis).

No entanto, essas características estão intimamente relacionadas à estrutura química. Pelo que você aprende a analisá-lo, é possível deduzir sua resistência à acidez ou alguns compostos, qual dos dois é o mais ácido.

Eles têm hidrogênios de baixa densidade de elétrons

Para a molécula de metano, CH 4 , nenhum dos hidrogénios tem deficiência de electrões. Isso ocorre porque a diferença de eletronegatividade entre carbono e hidrogênio é muito pequena. Mas se você substituir um dos átomos de H por um de flúor, então não iria ser uma mudança perceptível no momento de dipolo: H 2 FC- H .

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H experimenta um deslocamento de sua nuvem eletrônica em direção ao átomo adjacente ligado a F, que é o mesmo, δ + aumenta. Mais uma vez, se outro H é substituído por outro F, então a molécula se torna: HF 2 C- H .

Agora δ + é ainda maior, porque dois átomos de F, densidade de electrões altamente electronegativo que remover o C, e este último, por conseguinte, H . Se o processo de substituição é finalmente continuar obtido: F 3 C- H .

Nesta última molécula, H tem, como conseqüência dos três átomos de F vizinhos, uma acentuada deficiência eletrônica. Esse δ + não passa despercebido por nenhuma espécie rica em elétrons o suficiente para eliminar esse H e, portanto, F 3 CH é carregado negativamente:

F 3 C– H +: N (espécies negativas) => F 3 C: + H N

A equação química acima também pode ser considerada desta maneira: F 3 CH doa um próton (H + , o H uma vez separado da molécula) para: N; ou, F 3 CH ganha um par de elétrons H sendo doado ao último outro par de: N .

Força ou acidez constante

Quanto F 3 C: está presente na solução? Ou quantas moléculas de F 3 CH podem doar hidrogênio ácido para N? Para responder a essas perguntas, é necessário determinar a concentração de F 3 C: ou de H N e, usando uma equação matemática, estabelecer um valor numérico chamado acidez constante, Ka.

Quanto mais moléculas de F 3 C: ou HN forem produzidas, mais ácido F 3 CH será e maior será seu Ka. Dessa maneira, o Ka ajuda a esclarecer, quantitativamente, quais compostos são mais ácidos que outros; e, da mesma forma, descarta como ácidos aqueles cujos Ka são de uma ordem extremamente pequena.

Alguns Ka podem ter valores em torno de 10 -1 e 10 -5 e outros, valores milionésimos menores, como 10 -15 e 10 -35 . Pode-se dizer então que estes últimos, tendo constantes de acidez, são ácidos extremamente fracos e podem ser descartados como tais.

Então, qual das seguintes moléculas tem o Ka mais alto: CH 4 , CH 3 F, CH 2 F 2 ou CHF 3 ? A resposta está na falta de densidade eletrônica, δ +, em seus hidrogênios.

Medições

Mas quais são os critérios para padronizar as medidas de Ka? Seu valor pode variar bastante, dependendo de quais espécies o H + receberá . Por exemplo, se: N for uma base forte, Ka será grande; mas se, pelo contrário, é uma base muito fraca, Ka será pequeno.

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As medições de Ka são feitas usando a mais comum e mais fraca de todas as bases (e ácidos): a água. Dependendo sobre o grau de doação de H + moléculas de H 2 O, a 25 ° C e uma pressão de uma atmosfera, as condições padrão para determinar as constantes de acidez para todos os compostos.

Daqui emerge um repertório de tabelas constantes de acidez para muitos compostos, inorgânicos e orgânicos.

Possui bases conjugadas muito estáveis

Os ácidos têm em suas estruturas químicas átomos ou unidades muito eletronegativas (anéis aromáticos) que atraem densidades eletrônicas dos hidrogênios circundantes, fazendo com que eles se tornem parcialmente positivos e reativos a uma base.

Uma vez que os prótons doam, o ácido é transformado em uma base conjugada; isto é, uma espécie negativa capaz de aceitar H + ou doar um par de elétrons. No exemplo da molécula de CF 3 H , sua base conjugada é CF 3 :

CF 3 + HN <=> CHF 3 +: N

Se CF 3 é uma base conjugada muito estável, o equilíbrio será deslocado mais para a esquerda do que para a direita. Além disso, quanto mais estável for, mais reativo e ácido será o ácido.

Como saber o quão estável eles são? Tudo depende de como eles lidam com a nova carga negativa. Se eles puderem deslocalizá-lo ou espalhar a crescente densidade eletrônica com eficiência, ele não estará disponível para uso na formação do elo com o H da base.

Eles podem ter cargas positivas

Nem todos os ácidos possuem hidrogênios com deficiência eletrônica, mas também podem ter outros átomos capazes de aceitar elétrons, com ou sem carga positiva.

Como é este? Por exemplo, no trifluoreto de boro, BF 3 , o átomo de B carece de um octeto de valência, para que possa se ligar a qualquer átomo que lhe dê um par de elétrons. Se um ânion F arredondar nas proximidades, ocorre a seguinte reação química:

BF 3 + F => BF 4

Por outro lado, cátions metálicos livres, como Al 3+ , Zn 2+ , Na + , etc., são considerados ácidos, uma vez que, em seu ambiente, podem aceitar ligações dativas (de coordenação) de espécies ricas em elétrons. Eles também reagem com íons OH para precipitar como hidróxidos metálicos:

Zn 2+ (ac) + 2OH (ac) => Zn (OH) 2 (s)

Todos estes são conhecidos como ácidos de Lewis, enquanto aqueles que doam prótons são ácidos de Bronsted.

Suas soluções têm valores de pH inferiores a 7

Mais especificamente, um ácido quando dissolvido em qualquer solvente (que não o neutralize significativamente) gera soluções com pH menor que 3, embora abaixo de 7 sejam considerados ácidos muito fracos.

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Isso pode ser verificado pelo uso de um indicador ácido-base, como a fenolftaleína, o indicador universal ou o suco de couve roxa. Os compostos que tornam as cores indicadas para pH baixo são ácidos. Este é um dos testes mais simples para determinar sua presença.

O mesmo pode ser feito, por exemplo, para diferentes amostras de solo de diferentes partes do mundo, determinando assim seus valores de pH para, juntamente com outras variáveis, caracterizá-los.

E, finalmente, todos os ácidos têm sabores azedos, desde que não estejam tão concentrados a ponto de queimar irreversivelmente os tecidos da língua.

Exemplos de ácidos

Halogenetos de hidrogênio

Todos os halogenetos de hidrogênio são compostos ácidos, especialmente quando dissolvidos em água:

-HF (ácido fluorídrico).

-HCl (ácido clorídrico).

-HBr (ácido bromídrico).

-HI (ácido iódico).

Oxoácidos

Oxoácidos são as formas protonadas de oxoanions:

HNO 3 (ácido nítrico).

H 2 SO 4 (ácido sulfúrico).

H 3 PO 4 (ácido fosfórico).

HClO 4 (ácido perclórico).

Super ácidos

Superácidos são a mistura de um forte ácido de Bronsted e um forte ácido de Lewis. Uma vez misturados, eles formam estruturas complexas onde, de acordo com certos estudos, o H + “salta” dentro deles.

Seu poder corrosivo é tal que é bilhões de vezes mais forte que o H 2 SO 4 concentrado. Eles são usados ​​para quebrar grandes moléculas presentes no petróleo, em moléculas menores, ramificadas e com grande valor econômico agregado.

-BF 3 / HF

-SbF 5 / HF

-SbF 5 / HSO 3 F

-CF 3 SO 3 H

Ácidos orgânicos

Os ácidos orgânicos são caracterizados por possuir um ou mais grupos carboxílicos (COOH), e dentre eles estão:

-Ácido cítrico (presente em muitas frutas)

-Ácido málico (de maçãs verdes)

-Ácido acético (de vinagre comercial)

-Ácido butírico (a partir de manteiga rançosa)

-Ácido tartárico (de vinhos)

-E a família de ácidos graxos.

Referências

  1. Torrens H. Ácidos e bases duras e moles. [PDF]. Retirado de: depa.fquim.unam.mx
  2. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (3 de maio de 2018). Nomes de 10 ácidos comuns. Recuperado de: thoughtco.com
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  4. Deziel, Chris. (27 de abril de 2018). Características Gerais de Ácidos e Bases. Sciencing Recuperado de: sciencing.com
  5. Centro de Supercomputação de Pittsburgh (PSC). (25 de outubro de 2000). Recuperado de: psc.edu.

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