Ácido fórmico (HCOOH): Estrutura, usos e propriedades - Ciência - 2023

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o ácido fórmico ou ácido metanóico é o composto mais simples e menor de todos os ácidos orgânicos. É também conhecido como ácido metanóico e sua fórmula molecular é HCOOH, possuindo apenas um átomo de hidrogênio ligado ao átomo de carbono. Seu nome deriva da palavra fórmica, que é o latim para formiga.

Naturalistas do século XV descobriram que certos tipos de insetos (os formicidas), como formigas, cupins, abelhas e besouros, secretam esse composto responsável por suas picadas dolorosas. Da mesma forma, esses insetos utilizam o ácido fórmico como mecanismo de ataque, defesa e sinalização química.

Eles têm glândulas venenosas que excretam este e outros ácidos (por exemplo, ácido acético) como um spray para o exterior. O ácido fórmico é mais forte que o ácido acético (CH₃COOH); portanto, dissolvido em quantidades iguais em água, o ácido fórmico produz soluções com valores de pH mais baixos.

O naturalista inglês John Ray conseguiu isolar o ácido fórmico em 1671, destilando-o de um grande número de formigas.

Por outro lado, a primeira síntese bem-sucedida desse composto foi realizada pelo químico e físico francês Joseph Gay-Lussac, utilizando ácido cianídrico (HCN) como reagente.

Onde está?

O ácido fórmico pode estar presente em níveis terrestres, como componente da biomassa ou na atmosfera, envolvido em um amplo espectro de reações químicas; Pode até ser encontrado sob o solo, dentro do óleo ou na fase gasosa em sua superfície.

Em termos de biomassa, insetos e plantas são os principais geradores desse ácido. Quando os combustíveis fósseis são queimados, eles produzem ácido fórmico gasoso; conseqüentemente, os motores dos veículos liberam ácido fórmico na atmosfera.

No entanto, a Terra é o lar de um número exorbitante de formigas, e entre todas elas são capazes de produzir milhares de vezes a quantidade de ácido fórmico gerada pela indústria humana em um ano. Da mesma forma, os incêndios florestais representam fontes gasosas de ácido fórmico.

Mais acima na complexa matriz atmosférica, ocorrem os processos fotoquímicos que sintetizam o ácido fórmico.

Neste ponto, muitos compostos orgânicos voláteis (VOCs) são degradados sob os efeitos da radiação ultravioleta ou são oxidados por mecanismos de radicais livres OH. A rica e complexa química atmosférica é de longe a fonte predominante de ácido fórmico no planeta.

Estrutura

A imagem superior ilustra a estrutura de um dímero de fase gasosa de ácido fórmico. As esferas brancas correspondem aos átomos de hidrogênio, as vermelhas aos átomos de oxigênio e as pretas aos átomos de carbono.

Dois grupos podem ser vistos nessas moléculas: hidroxila (–OH) e formila (–CH = O), ambos capazes de formar ligações de hidrogênio.

Essas interações são do tipo O-H-O, sendo os grupos hidroxila os doadores do H e os grupos formil os doadores do O.

No entanto, H ligado ao átomo de carbono carece dessa capacidade. Essas interações são muito fortes e, devido ao átomo de H pobre em elétrons, o hidrogênio no grupo OH é mais ácido; portanto, esse hidrogênio estabiliza ainda mais as pontes.

Como resultado do acima exposto, o ácido fórmico existe como um dímero e não como uma molécula individual.

Estrutura de cristal

Conforme a temperatura cai, o dímero orienta suas ligações de hidrogênio para gerar a estrutura mais estável possível junto com os outros dímeros, criando assim infinitas cadeias α e β de ácido fórmico.

Outra nomenclatura são os conformadores "cis" e "trans". Neste caso, "cis" é usado para designar grupos orientados na mesma direção, e "trans" para aqueles grupos em direções opostas.

Por exemplo, na cadeia α os grupos formil "apontam" para o mesmo lado (à esquerda), em contraste com a cadeia β, onde esses grupos formil apontam para lados opostos (imagem superior).

Essa estrutura cristalina depende das variáveis físicas que atuam sobre ela, como pressão e temperatura. Assim, as correntes são conversíveis; isto é, sob diferentes condições, uma cadeia "cis" pode ser transformada em uma cadeia "trans" e vice-versa.

Se a pressão sobe a níveis drásticos, as cadeias se comprimem o suficiente para serem consideradas um polímero cristalino de ácido fórmico.

Propriedades

- O ácido fórmico é um líquido à temperatura ambiente, incolor e com um odor forte e penetrante. Tem peso molecular de 46g / mol, derrete a 8,4ºC e tem ponto de ebulição de 100,8ºC, superior ao da água.

- É miscível em água e em solventes orgânicos polares, como éter, acetona, metanol e etanol.

- Por outro lado, em solventes aromáticos (como benzeno e tolueno) é pouco solúvel, pois o ácido fórmico quase não possui um átomo de carbono em sua estrutura.

- Possui um pKa de 3,77, mais ácido que o ácido acético, o que pode ser explicado porque o grupo metil contribui com densidade eletrônica para o átomo de carbono oxidado pelos dois oxigênios. Isso resulta em uma ligeira diminuição na acidez do próton (CH₃COOH, HCOOH).

- O ácido é desprotonado, torna-se o ânion de formato HCOO^–, que pode deslocar a carga negativa entre os dois átomos de oxigênio. Conseqüentemente, é um ânion estável e explica a alta acidez do ácido fórmico.

Reações

O ácido fórmico pode ser desidratado em monóxido de carbono (CO) e água. Na presença de catalisadores de platina, ele também pode se decompor em hidrogênio molecular e dióxido de carbono:

HCOOH (l) → H₂(g) + CO₂(g)

Essa propriedade permite que o ácido fórmico seja considerado uma forma segura de armazenar hidrogênio.

Formulários

A indústria de alimentos e agricultura

Apesar de quão nocivo o ácido fórmico pode ser, ele é usado em concentrações adequadas como conservante em alimentos devido à sua ação antibacteriana. Pelo mesmo motivo é utilizado na agricultura, onde também tem ação pesticida.

Possui ainda ação conservante nas pastagens, o que auxilia na prevenção de gases intestinais em reprodutores.

A indústria têxtil e calçadista

É utilizado na indústria têxtil no tingimento e no refino de têxteis, sendo talvez o uso mais frequente deste ácido.

O ácido fórmico é utilizado no processamento do couro devido à sua ação desengordurante e na depilação desse material.

Segurança rodoviária nas estradas

Além dos usos industriais indicados, derivados do ácido fórmico (formatos) são usados na Suíça e na Áustria em estradas durante o inverno, a fim de reduzir o risco de acidentes. Esse tratamento é mais eficaz do que o uso de sal comum.

Referências

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