Características e exemplos

O ácidos São compostos com altas tendências de doar prótons ou aceitar alguns elétrons. Existem muitas definições (Bronsted, Arrhenius, Lewis) que caracterizam as propriedades dos ácidos, e cada uma delas complementa para construir uma imagem global desse tipo de composto.

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

Ácido acético, um ácido fraco, doe 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. Black: Carbono. Branco: hidrogênio.

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

A linguagem 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 linguagem funciona como um medidor organoléptico da concentração de ácidos, especificamente a concentração de íons hidrônio (H₃QUALQUER⁺).

Por outro lado, os ácidos não são encontrados apenas em alimentos, mas também dentro dos organismos vivos. Da mesma forma, os solos têm substâncias que podem caracterizá -las como ácidos; Esse é o caso de alumínio e outros cátions de metal.

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Características ácidas

Que características deveriam ter um composto, de acordo com as definições existentes, a serem consideradas ácidas?

Deve ser capaz de gerar íons h⁺ e oh^- Ao se dissolver na água (Arrhenius), você deve doar prótons para outras espécies com muita facilidade (brnsted) ou, finalmente, deve ser capaz de aceitar alguns elétrons, carregando negativamente (Lewis).

No entanto, essas características estão intimamente relacionadas à estrutura química. Portanto, aprendendo a analisá -lo, você pode deduzir sua força de acidez ou alguns compostos qual dos dois é o mais ácido.

- Propriedades físicas

Os ácidos têm um sabor, vale a pena redundância, ácido e seu cheiro frequentemente queima as narinas.  Eles são líquidos com textura pegajosa ou oleosa e têm a capacidade de alterar a cor do papel de broto e a laranja de metila para vermelho (propriedades de ácidos e bases, S.F.).

- Capacidade de gerar prótons

No ano de 1923, o químico dinamarquês Johannes Nicolaus Brønsted e o químico inglês Thomas Martin Lowry apresentaram a teoria de Brønsted e Lowry afirmando que qualquer composto que possa transferir um próton para qualquer outro composto é um ácido (Encyclopædia britanica, 1998). Por exemplo, no caso de ácido clorídrico:

HCl → H⁺ + Cl^-

A teoria de Brønsted e Lowry não explicou o comportamento ácido de certas substâncias. Em 1923, o químico americano Gilbert N. Lewis apresenta sua teoria, na qual um ácido é considerado qualquer composto que, em uma reação química, é capaz de ingressar em alguns elétrons não compartilhados em outra molécula (Encyclopædia britannica, 1998).

Dessa forma, íons como Cu²⁺, fé²⁺ e fé³⁺ Eles têm a capacidade de ingressar em pares de elétrons gratuitos, por exemplo, de água para produzir prótons da maneira:

Pode atendê -lo: Chrome (CR)

 Cu²⁺ + 2h₂O → Cu (OH)₂ + 2h⁺

- Eles têm hidrogênios ruins na densidade eletrônica

Para a molécula de metano, Cho₄, Nenhum de seus hidrogênios tem deficiência eletrônica. Isso ocorre porque a diferença nas eletronegatividades entre carbono e hidrogênio é muito pequena. Mas, se um dos átomos de H para um de fluoreto fosse substituído, haveria uma mudança notável no momento dipolar: H₂Fc-H.

H Experimente um deslocamento da sua nuvem eletrônica para o átomo adjacente ligado a F, que é o mesmo, Δ+ aumenta. Novamente, se outro h for substituído por outro f, então a molécula seria: hf₂C-H.

Agora Δ+ é ainda maior, pois existem dois átomos de altamente eletronegativo F, que subtraem a densidade eletrônica a C, e este último, consequentemente, para o H. Se o processo de substituição continuasse, finalmente seria obtido: f₃C-H.

Nesta última molécula H Apresenta, como conseqüência dos três átomos dos vizinhos, uma deficiência eletrônica acentuada. Este Δ+ não passa despercebido por nenhuma espécie rica o suficiente em elétrons para retirar isso H E, dessa maneira, f₃CH é carregado negativamente:

F₃C-H + : N^- (espécie negativa) => f₃C:^- + HN

A equação química anterior também pode ser considerada dessa maneira: f₃CH doa um próton (h⁺, ele H uma vez destacado da molécula) para: n; ou, f₃CH ganha alguns elétrons de H Quando o último de: n é doado para este último^-.

- Constante de força ou acidez

Quanto f₃C:^- está presente na solução? Ou quantas moléculas M₃CH pode doar hidrogênio ácido para n? Para responder a essas perguntas, é necessário determinar a concentração de f₃C:^- ou de HN e, por meio de uma equação matemática, estabelece um valor numérico chamado constante de acidez, ka.

Quanto mais moléculas F₃C:^- ou hn ocorrem, mais ácido será f₃Ch e maior seu ka. Dessa maneira, o KA ajuda a esclarecer, quantitativamente, quais compostos são mais ácidos do que outros; E, também, descarte aqueles cujo KA é de uma pequena ordem extrema.

Alguns ka podem ter valores que são cerca de 10^-1 e 10^-5, E outros, valores milionésimo menores como 10^-quinze e 10^-35. Pode -se dizer então que os últimos, tendo essas constantes de acidez, são ácidos extremamente fracos e podem ser descartados como tal.

Então, qual das seguintes moléculas o maior KA tem: CH₄, CH₃F, cap₂F₂ ou chf₃? A resposta está na falta de densidade eletrônica, Δ+, em seus hidrogênios.

Medidas

Mas quais são os critérios para padronizar as medições de KA? Seu valor pode variar muito, dependendo de qual espécie o H receberá⁺. Por exemplo, se: n for uma base forte, o ka será ótimo; Mas se, pelo contrário, é uma base muito fraca, o ka será pequeno.

As medições de ka são feitas usando as mais comuns e fracas de todas as bases (e ácidos): água. Dependendo do grau de doação de H⁺ Para as moléculas H₂Ou, a 25ºC e a uma pressão de uma atmosfera, as condições padrão para determinar as constantes de acidez para todos os compostos são estabelecidas.

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Daqui um repertório de constantes de acidez para muitos compostos, tanto inorgânicos quanto orgânicos.

- Tem bases conjugadas muito estáveis

Os ácidos têm em suas estruturas químicas muito eletronegativas ou unidades (anéis aromáticos) que atraem densidades eletrônicas dos hidrogênios circundantes, causando assim parcialmente positivos e reagentes a uma base antes de uma base.

Uma vez que doam os prótons, o ácido se torna uma base conjugada; isto é, uma espécie negativa capaz de aceitar h⁺ ou doar alguns elétrons. No exemplo da molécula de CF₃H Sua base conjugada é cf₃^-:

Cf₃^- + Hn chf₃ + : N^-

Sim cf₃^- É uma base conjugada muito estável, o equilíbrio será deslocado ainda mais para a esquerda do que para o direito. Além disso, quanto mais estável é o mesmo, mais reativo e ácido.

Como saber como eles são estáveis? Tudo depende de como eles lidam com a nova carga negativa. Se eles puderem delocar ou espalhar a crescente densidade eletrônica com eficiência, ela não estará disponível para ser usada na formação da ligação com o H da base.

- Eles podem ter cobranças positivas

Nem todos os ácidos têm 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 Boro Trifluoreide, BF₃, O átomo de B não possui um octeto em Valência, para que possa formar um link com qualquer átomo que lhe dê alguns elétrons. Se um ânion f^- Rodada em sua proximidade ocorre a seguinte reação química:

BF₃ + F^- => BF₄^-

Por outro lado, cátions de metal livre, como Al³⁺, Zn²⁺, N / D⁺, etc., Eles são considerados ácidos, uma vez que seu ambiente pode aceitar vínculos dativos (coordenação) de elétrons ricos. Eles também reagem com os íons oh^- Precipitar como hidróxidos de metal:

Zn²⁺(AC) + 2OH^-(AC) => Zn (OH)₂(S)

Todos esses são conhecidos como ácidos de Lewis, enquanto aqueles que doam prótons são ácidos bronstedes.

- Suas soluções têm valores de pH inferiores a 7

Figura: escala de pH.

Mais especificamente, um ácido ao se dissolver em qualquer solvente (que não neutraliza -o consideravelmente), gera soluções com pH menor que 3, embora abaixo de 7 ácidos muito fracos sejam considerados.

Isso pode ser verificado usando um indicador ácido-base, como a fenolftaleína, o indicador universal ou o suco do colorad. Aqueles compostos que visitam os indicados para baixo pH são ácidos. Este é um dos testes mais simples para determinar a presença deles.

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

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E, finalmente, todos os ácidos têm sabores agroinais, desde que não estejam tão concentrados em queimar irreversivelmente tecidos de língua.

- Capacidade de neutralizar bases

Arrhenius, em sua teoria, propõe que os ácidos sejam capazes de gerar prótons, reagir com os hidroxilos das bases para formar sal e água no caminho:

Hcl + NaOH → NaCl + h₂QUALQUER.

Essa reação é chamada de neutralização e é a base da técnica analítica chamada titulação (Bruce Mahan, 1990).

Ácidos fortes e ácidos fracos

Os ácidos são classificados em ácidos fortes e ácidos fracos. A força de um ácido está associada à sua constante de equilíbrio, portanto, no caso de ácidos, essas constantes são nomeadas constantes de acidez KA.

Assim, ácidos fortes têm uma grande constante de acidez, então eles tendem a se dissociar completamente. Exemplos desses ácidos são ácido sulfúrico, ácido clorídrico e ácido nítrico, cujas constantes de acidez são tão grandes que não podem ser medidas na água.

Por outro lado, um ácido fraco é aquele cuja constante de dissociação é baixa, por isso está em equilíbrio químico. Exemplos desses ácidos são ácido acético e ácido lático e ácido nitroso cujas constantes de acidez estão na ordem de 10^-4. A Figura 1 mostra as diferentes constantes de acidez para diferentes ácidos.

Figura 1: Constantes de dissociação ácida.

Exemplos de ácidos

Halogenetos de hidrogênio

Todos os halogenetos de hidrogênio são compostos ácidos, especialmente quando se dissolvem na água:

-HF (ácido fluorérico).

-HCl (ácido clorídrico).

-HBR (ácido bromidrico).

-Oi (ácido yodium).

Oxoácidos

Oxoácidos são as formas protonadas de oxoaniões:

Hno₃ (Ácido nítrico).

H₂SW₄ (ácido sulfúrico).

H₃Po₄ (ácido fosfórico).

HCLO₄ (ácido perclórico).

Super ácidos

Super ácidos são a mistura de um ácido brnsted e um forte ácido de Lewis. Uma vez misturados, eles formam estruturas complexas onde, de acordo com certos estudos, h⁺ "Brinca" dentro deles.

Seu poder corrosivo é tal que há bilhões de vezes mais forte que H₂SW₄ concentrado. Eles são usados ​​para quebrar moléculas grandes presentes em petróleo bruto, em moléculas menores e ramificadas e com grande valor econômico agregado.

-BF₃/Hf

-Sbf₅/Hf

-Sbf₅/Hso₃F

-Cf₃SW₃H

Ácidos orgânicos

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

-Ácido cítrico (presente em muitas frutas)

-Ácido malic (maçãs verdes)

-Ácido acético (vinagre comercial)

-Ácido butírico (de manteiga rançosa)

-Ácido tartárico (de vinhos)

-E a família de ácidos graxos.

Referências

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