Ácidos: características e exemplos - Ciência - 2023

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o ácidos são compostos com grande tendência a doar prótons ou aceitar um par de elétrons. Existem muitas definições (Bronsted, Arrhenius, Lewis) que caracterizam as propriedades dos ácidos, e cada uma delas é complementada para construir uma imagem global deste tipo de compostos.

Da perspectiva acima, todas as substâncias conhecidas podem ser ácidas, no entanto, apenas aquelas que se destacam muito acima das outras são consideradas como tal. Ou seja: 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.

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

A língua pode detectar a presença de ácidos, assim como faz com outros sabores. Dependendo do nível de acidez desses compostos, o sabor torna-se mais intolerável. Dessa forma, a língua funciona como um medidor organoléptico da concentração de ácidos, especificamente a concentração do íon hidrônio (H₃OU⁺).

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

Características dos ácidos

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

Deve ser capaz de gerar íons H⁺ e OH^– ao se dissolver em água (Arrhenius), deve doar prótons a outras espécies com muita facilidade (Bronsted) ou finalmente, deve ser capaz de aceitar um par de elétrons, sendo carregado negativamente (Lewis).

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

- Propriedades físicas

Os ácidos têm um sabor que vale a pena perder, ácido e seu cheiro costuma queimar as narinas. Eles são líquidos com uma textura pegajosa ou oleosa e têm a capacidade de mudar a cor do papel de tornassol e laranja de metila para vermelho (Propriedades de Ácidos e Bases, S.F.).

- Capacidade de gerar prótons

Em 1923, o químico dinamarquês Johannes Nicolaus Brønsted e o químico inglês Thomas Martin Lowry introduziram a teoria de Brønsted e Lowry afirmando que qualquer composto que pode transferir um próton para qualquer outro composto é um ácido (Encyclopædia Britannica, 1998). Por exemplo, no caso do ácido clorídrico:

HCl → H⁺ + Cl^–

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

Desta forma, íons como Cu²⁺, fé²⁺ e a fé³⁺ eles têm a capacidade de se ligar a pares de elétrons livres, por exemplo, da água para produzir prótons da maneira:

Cu²⁺ + 2H₂O → Cu (OH)₂ + 2H⁺

- Eles têm hidrogênios pobres em densidade de elétrons

Para a molécula de metano, CH₄, nenhum de seus hidrogênios apresenta deficiência eletrônica. Isso ocorre porque a diferença de eletronegatividade entre o carbono e o hidrogênio é muito pequena. Mas, se um dos átomos de H fosse substituído por um de flúor, haveria uma mudança perceptível no momento de dipolo: H₂FC–H.

H ele experimenta um deslocamento de sua nuvem de elétrons em direção ao átomo adjacente ligado ao F, que é o mesmo, δ + aumenta. Novamente, se outro H for substituído por outro F, a molécula se parecerá com: HF₂C–H.

Já δ + é ainda maior, pois são dois átomos F altamente eletronegativos, que subtraem a densidade eletrônica de C, e esta, conseqüentemente, de C H. Se o processo de substituição continuasse, seria finalmente obtido: F₃C–H.

Nesta última molécula H apresenta, como consequência dos três átomos F vizinhos, uma deficiência eletrônica acentuada. Este δ + não passa despercebido por nenhuma espécie rica o suficiente em elétrons para retirar este H e assim F₃CH torna-se carregado negativamente:

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

A equação química acima também pode ser considerada desta forma: F₃CH doa um próton (H⁺, a H uma vez destacado da molécula) a: N; do₃CH ganha um par de elétrons de H como outro par foi doado a este último de: N^–.

- Força ou acidez constante

Quanto F₃C:^– está presente na solução? Ou quantas moléculas de F₃CH pode doar ácido hidrogênio para N? Para responder a essas perguntas, é necessário determinar a concentração de F₃C:^– ou de HN e, usando uma equação matemática, estabeleça um valor numérico denominado constante de acidez, Ka.

Quanto mais moléculas de F₃C:^– ou HN são produzidos, mais ácido será F₃CH e maior é Ka. Desta forma, 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^-5e outros, valores milionésimos menores, como 10^-15e 10^-35. Pode-se então dizer que estes últimos, tendo as referidas constantes de acidez, são ácidos extremamente fracos e podem ser descartados como tais.

Então, qual das seguintes moléculas tem o Ka mais alto: CH₄, CH₃F, CH₂F₂ ou CHF₃? A resposta está na falta de densidade de elétrons, δ +, em seus hidrogênios.

Medidas

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

As medições Ka são feitas usando a mais comum e a mais fraca de todas as bases (e ácidos): água. Dependendo do grau de doação de H⁺ para moléculas H₂Ou então, a 25ºC e à pressão de uma atmosfera, estabelecem-se as condições padrão para determinar as constantes de acidez de todos os compostos.

Disto surge um repertório de tabelas de constantes de acidez para muitos compostos, tanto inorgânicos como orgânicos.

- Possui bases conjugadas muito estáveis

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

Assim que os prótons são doados, o ácido se transforma em uma base conjugada; ou seja, uma espécie negativa capaz de aceitar H⁺ ou doar um par de 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 mais para a esquerda do que para a direita. Além disso, quanto mais estável for, mais reativo e ácido será o ácido.

Como você sabe o quão estáveis eles são? Tudo depende de como eles lidam com a nova carga negativa. Se eles puderem deslocalizá-lo ou difundir a densidade crescente de elétrons de forma eficiente, ele não estará disponível para uso na ligação com a base H.

- Eles podem ter cargas positivas

Nem todos os ácidos têm hidrogênios deficientes em elétrons, mas também podem ter outros átomos capazes de aceitar elétrons, com ou sem carga positiva.

Como é este? Por exemplo, em trifluoreto de boro, BF₃, o átomo B carece de um octeto de valência, então ele pode formar uma ligação com qualquer átomo que lhe dê um par de elétrons. Se um ânion F^– redondo em sua proximidade ocorre a seguinte reação química:

BF₃ + F^– => BF₄^–

Por outro lado, cátions de metal livres, como Al³⁺, Zn²⁺, N / D⁺, etc., são considerados ácidos, pois de seu ambiente podem aceitar ligações dativas (de coordenação) de espécies ricas em elétrons. Eles também reagem com íons OH^– para precipitar como hidróxidos de metal:

Zn²⁺(aq) + 2OH^–(ac) => Zn (OH)₂(s)

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

- Suas soluções possuem valores de pH inferiores a 7

Mais especificamente, quando um ácido se dissolve em qualquer solvente (o que não o neutraliza de forma apreciável), gera soluções com pH inferior a 3, embora abaixo de 7 sejam considerados ácidos muito fracos.

Isso pode ser verificado usando um indicador ácido-básico, como fenolftaleína, indicador universal ou suco de repolho roxo. Os compostos que tornam as cores indicadas para pH baixo, são tratados como 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 para, em conjunto com outras variáveis, caracterizá-los.

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

- Capacidade de neutralizar bases

Arrhenius, em sua teoria, propõe que os ácidos, sendo capazes de gerar prótons, reagem com a hidroxila das bases para formar sal e água da seguinte maneira:

HCl + NaOH → NaCl + H₂OU.

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 dos ácidos, essas constantes são chamadas de constantes ácidas Ka.

Assim, os ácidos fortes têm uma grande constante de ácido, por isso tendem a se dissociar completamente. Exemplos desses ácidos são o ácido sulfúrico, o ácido clorídrico e o ácido nítrico, cujas constantes de ácido são tão grandes que não podem ser medidas em 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 o ácido acético e o ácido láctico e o ácido nitroso, cujas constantes de ácido são da ordem de 10^-4. A Figura 1 mostra as diferentes constantes de acidez para diferentes ácidos.

Exemplos de ácidos

Haletos 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:

HNO₃ (Ácido nítrico).

H₂SW₄ (ácido sulfúrico).

H₃PO₄ (ácido fosfórico).

HClO₄ (ácido perclórico).

Superácidos

Os 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⁺ "Pule" dentro deles.

Seu poder corrosivo é tal que eles são bilhões de vezes mais fortes do que H₂SW₄ concentrado. Eles são usados para quebrar grandes moléculas presentes no óleo cru, em moléculas menores, ramificadas e com grande valor econômico agregado.

-BF₃/ HF

-SbF₅/ HF

-SbF₅/ HSO₃F

-CF₃SW₃H

Ácidos orgânicos

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

- Ácido cítrico (presente em muitas frutas)

- Ácido malico (de maçãs verdes)

- Ácido acético (de vinagre comercial)

-Ácido butírico (de manteiga rançosa)

-Ácido tartárico (de vinhos)

-E a família dos ácidos graxos.

Referências

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Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (3 de maio de 2018). Nomes de 10 ácidos comuns. Recuperado de: Thoughtco.com
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Deziel, Chris. (27 de abril de 2018). Características gerais de ácidos e bases. Ciência. Recuperado de: sciencing.com
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