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Energia biológica

Curso: Energia biológica > Unidade 8

Lição 4: Ácidos e bases na cozinha
Ciências
Energia biológica
Segredos do bom cozinheiro
Ácidos e bases na cozinha
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Ácidos e bases de Arrhenius

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Definição de ácidos e bases de Arrhenius, e reações ácido-base de Arrhenius 

Principais pontos

  • Um ácido de Arrhenius é qualquer composto que aumenta a concentração do start text, H, end text, start superscript, plus, end superscript em solução aquosa.
  • Uma base de Arrhenius é qualquer composto que aumenta a concentração do start text, O, H, end text, start superscript, minus, end superscript em solução aquosa.
  • Em solução aquosa, os íons start text, H, end text, start superscript, plus, end superscript reagem instantaneamente com a água para formar íons hidrônio, start text, H, end text, start subscript, 3, end subscript, start text, O, end text, start superscript, plus, end superscript.
  • Em uma reação ácido-base, ou de neutralização, um ácido e uma base de Arrhenius geralmente reagem para formar água e um sal.

Introdução

Do vinagre em seu armário de cozinha ao sabonete em seu banheiro, os ácidos e as bases estão em todo lugar! Mas o que significa dizer que algo é ácido ou básico? Para responder a essa pergunta, precisamos estudar algumas das teorias sobre ácidos e bases. Neste artigo, vamos enfatizar a teoria de Arrhenius.

Ácidos de Arrhenius

A teoria de ácidos e bases de Arrhenius foi proposta originalmente pelo químico sueco Svante Arrhenius, em 1884. Ele sugeriu a classificação de determinados compostos como ácidos ou bases a partir dos íons formados por eles quando adicionados à água.
Fotografia de duas toranjas Ruby Red, uma inteira e uma cortada em três pedaços.
Frutas cítricas—como a toranja—contêm alto teor de ácido cítrico, um ácido orgânico comum. Figura: Wikimedia Commons, CC BY-SA 2.5
Um ácido de Arrhenius é qualquer espécie que aumenta a concentração dos íons — ou prótons — start color #1fab54, start text, H, end text, start superscript, plus, end superscript, end color #1fab54 em solução aquosa. Por exemplo, consideremos a dissociação do ácido clorídrico, start text, H, C, l, end text, em água:
start color #1fab54, start text, H, end text, end color #1fab54, start text, C, l, end text, left parenthesis, a, q, right parenthesis, right arrow, start color #1fab54, start text, H, end text, start superscript, plus, end superscript, end color #1fab54, left parenthesis, a, q, right parenthesis, plus, start text, C, l, end text, start superscript, minus, end superscript, left parenthesis, a, q, right parenthesis
Quando preparamos uma solução aquosa de ácido clorídrico, o start color #1fab54, start text, H, end text, end color #1fab54, start text, C, l, end text se dissocia, formando os íons start color #1fab54, start text, H, end text, start superscript, plus, end superscript, end color #1fab54 e start text, C, l, end text, start superscript, minus, end superscript. Uma vez que isso resulta no aumento da concentração de íons start color #1fab54, start text, H, end text, start superscript, plus, end superscript, end color #1fab54 na solução, o ácido clorídrico é um ácido de Arrhenius.

Íons hidrogênio ou íons hidrônio?

Vamos imaginar que preparamos uma solução aquosa 2, M de ácido bromídrico, start text, H, B, r, end text, que é um ácido de Arrhenius. Isso significa que temos 2, M de íons start text, H, end text, start superscript, plus, end superscript em nossa solução?
Na verdade, não. Na prática, os prótons carregados positivamente reagem com as moléculas de água ao redor para formar íons hidrônio, start text, H, end text, start subscript, 3, end subscript, start text, O, end text, start superscript, plus, end superscript. Essa reação pode ser escrita da seguinte forma:
start text, H, end text, start superscript, plus, end superscript, left parenthesis, a, q, right parenthesis, plus, start text, H, end text, start subscript, 2, end subscript, start text, O, end text, left parenthesis, l, right parenthesis, right arrow, start text, H, end text, start subscript, 3, end subscript, start text, O, end text, start superscript, plus, end superscript, left parenthesis, a, q, right parenthesis
Apesar de geralmente escrevermos as reações de dissociação de ácidos mostrando a formação de start text, H, end text, start superscript, plus, end superscript, left parenthesis, a, q, right parenthesis, não há íons start text, H, end text, start superscript, plus, end superscript livres na solução. Em vez disso, há principalmente íons start text, H, end text, start subscript, 3, end subscript, start text, O, end text, start superscript, plus, end superscript, que se formam instantaneamente quando um ácido se dissocia em água. A figura a seguir mostra a formação de íons hidrônio a partir da água e íons hidrogênio utilizando modelos moleculares:
Figura de um próton, representado por um ponto, reagindo com uma molécula de água para formar o íon hidrônio.
Quando um ácido se dissocia em água formando íons start text, H, end text, start superscript, plus, end superscript, prótons, os íons start text, H, end text, start superscript, plus, end superscript imediatamente reagem com água para formar start text, H, end text, start subscript, 3, end subscript, start text, O, end text, start superscript, plus, end superscript. Por isso, os químicos falam nas concentrações de íons hidrogênio e íons hidrônio como sendo a mesma coisa. Crédito da imagem: UC Davis Chemwiki, CC BY-NC-SA 3.0 US
Na prática, a maioria dos químicos falam nas concentrações de start text, H, end text, start superscript, plus, end superscript e start text, H, end text, start subscript, 3, end subscript, start text, O, end text, start superscript, plus, end superscript como sendo a mesma coisa. Quando queremos ser mais exatos — e menos preguiçosos! — podemos escrever a dissociação do ácido bromídrico de forma a mostrar de maneira explícita a formação de íons hidrônio em vez de prótons:
HBr(aq)+H2O(l)→H3O+(aq)+Br−(aq)        Mais precisaversusHBr(aq)→H+(aq)+Br−(aq)    Mais curta e faˊcil de escrever!\begin{aligned}\text{HBr}(aq)+\text{H}_2\text{O}(l) &\rightarrow\text{H}_3\text{O}^+(aq)+\text{Br}^-(aq)~~~~~~~~{\text{Mais precisa}}\\ \\ &\text{versus} \\ \\ \text{HBr}(aq) &\rightarrow\text{H}^+(aq)+\text{Br}^-(aq)~~~~\text{Mais curta e fácil de escrever!}\end{aligned}
Em geral, qualquer uma das formas descritas é aceitável para mostrar a dissociação de um ácido de Arrhenius.

Bases de Arrhenius

Uma base de Arrhenius é definida como qualquer espécie que aumenta a concentração de íons hidroxila, start color #e84d39, start text, O, H, end text, start superscript, minus, end superscript, end color #e84d39, em solução aquosa. Um exemplo de uma base de Arrhenius é o altamente solúvel hidróxido de sódio, start text, N, a, O, H, end text. O hidróxido de sódio dissocia-se em água da seguinte maneira:
start text, N, a, end text, start color #e84d39, start text, O, H, end text, end color #e84d39, left parenthesis, a, q, right parenthesis, right arrow, start text, N, a, end text, start superscript, plus, end superscript, left parenthesis, a, q, right parenthesis, plus, start color #e84d39, start text, O, H, end text, start superscript, minus, end superscript, end color #e84d39, left parenthesis, a, q, right parenthesis
Em água, o hidróxido de sódio se dissocia completamente formando os íons start color #e84d39, start text, O, H, end text, start superscript, minus, end superscript, end color #e84d39 e start text, N, a, end text, start superscript, plus, end superscript, o que resulta em um aumento da concentração de íons hidroxila. Logo, start text, N, a, O, H, end text é uma base de Arrhenius. Bases de Arrhenius comuns incluem outros hidróxidos das Famílias 1 e 2 como start text, L, i, O, H, end text e start text, B, a, left parenthesis, O, H, right parenthesis, end text, start subscript, 2, end subscript.
Béquer contendo moléculas de água, cátions sódio e ânions hidróxido.
Uma solução aquosa de hidróxido de sódio, uma base de Arrhenius, contém íons sódio e hidroxila dissociados.
Observe que, dependendo da sua aula — ou livro, ou professor —, as bases que não contêm hidroxila podem ou não ser classificadas como bases de Arrhenius. Alguns livros definem uma base de Arrhenius de modo mais restrito: uma substância que aumenta a concentração de textOH−\\text{OH}^- em solução aquosa e também contém pelo menos uma unidade de textOH−\\text{OH}^- na fórmula química. Embora isso não mude a classificação dos hidróxidos dos Grupos 1 e 2, as coisas podem ficar um pouco confusas ao tratarmos de compostos como a metilamina, textCH3textNH2\\text {CH}_3 \\text {NH}_2.
Quando a metilamina é adicionada à água, ocorre a seguinte reação:
start text, C, H, end text, start subscript, 3, end subscript, start text, N, H, end text, start subscript, 2, end subscript, left parenthesis, a, q, right parenthesis, plus, start text, H, end text, start subscript, 2, end subscript, start text, O, end text, left parenthesis, l, right parenthesis, \rightleftharpoons, start text, C, H, end text, start subscript, 3, end subscript, start text, N, H, end text, start subscript, 3, end subscript, start superscript, plus, end superscript, left parenthesis, a, q, right parenthesis, plus, start color #e84d39, start text, O, H, end text, start superscript, minus, end superscript, end color #e84d39, left parenthesis, a, q, right parenthesis
Com base na nossa primeira definição, a metilamina seria uma base de Arrhenius uma vez que a concentração de íons start text, O, H, end text, start superscript, minus, end superscript aumenta na solução. Pela segunda definição, no entanto, ela não contaria como uma base de Arrhenius, já que sua fórmula química não inclui hidroxila.

Reações ácido-base: ácido de Arrhenius + base de Arrhenius = água + sal

Quando um ácido de Arrhenius reage com uma base de Arrhenius, os produtos são geralmente água mais um sal. Estas reações são também às vezes chamadas de reações de neutralização. Por exemplo, o que acontece quando combinamos soluções aquosas de ácido fluorídrico, start text, H, F, end text, e hidróxido de lítio, start text, L, i, O, H, end text?
Se pensarmos nas soluções de ácido e base separadamente, sabemos o seguinte:
  • Um ácido de Arrhenius aumenta a concentração de start color #1fab54, start text, H, end text, start superscript, plus, end superscript, end color #1fab54, left parenthesis, a, q, right parenthesis:
start color #1fab54, start text, H, end text, end color #1fab54, start text, F, end text, left parenthesis, a, q, right parenthesis, \rightleftharpoons, start color #1fab54, start text, H, end text, start superscript, plus, end superscript, end color #1fab54, left parenthesis, a, q, right parenthesis, plus, start text, F, end text, start superscript, minus, end superscript, left parenthesis, a, q, right parenthesis
  • Uma base de Arrhenius aumenta a concentração de start color #e84d39, start text, O, H, end text, start superscript, minus, end superscript, end color #e84d39, left parenthesis, a, q, right parenthesis:
start text, L, i, end text, start color #e84d39, start text, O, H, end text, end color #e84d39, left parenthesis, a, q, right parenthesis, right arrow, start text, L, i, end text, start superscript, plus, end superscript, left parenthesis, a, q, right parenthesis, plus, start color #e84d39, start text, O, H, end text, start superscript, minus, end superscript, end color #e84d39, left parenthesis, a, q, right parenthesis
Quando o ácido e a base se combinam em solução, start text, H, end text, start subscript, 2, end subscript, start text, O, end text é produzida a partir da reação entre os íons hidrogênio e hidroxila, enquanto os outros íons formam o sal start text, L, i, F, end text, left parenthesis, a, q, right parenthesis:
H+(aq)+OH−(aq)→H2O(l)Formaça˜o de aˊguaLi+(aq)+F−(aq)→LiF(aq)Formaça˜o de sal\begin{aligned} \greenD{\text H^+}(aq)+\redD{\text{OH}^-}(aq) &\rightarrow \text{H}_2 \text O(l)\quad&&\text{Formação de água} \\\\ \text{Li}^+(aq)+\text{F}^-(aq) &\rightarrow\text{LiF}(aq)&&\text{Formação de sal} \end{aligned}
Se somarmos a reação da formação de água com a da formação do sal, nós chegamos a reação geral de neutralização entre o ácido fluorídrico e o hidróxido de lítio:
start color #1fab54, start text, H, end text, end color #1fab54, start text, F, end text, left parenthesis, a, q, right parenthesis, plus, start text, L, i, end text, start color #e84d39, start text, O, H, end text, end color #e84d39, left parenthesis, a, q, right parenthesis, right arrow, start text, H, end text, start subscript, 2, end subscript, start text, O, end text, left parenthesis, l, right parenthesis, plus, start text, L, i, F, end text, left parenthesis, a, q, right parenthesis

Limitações da definição de Arrhenius

A teoria de Arrhenius é limitada no sentido de que só trata a química ácido-base em soluções aquosas. Porém, reações semelhantes também podem ocorrer em solventes não aquosos, assim como entre moléculas no estado gasoso. Como resultado, os químicos modernos preferem em geral a teoria de Brønsted-Lowry, que é útil para uma gama de reações químicas maior. A teoria de ácidos e bases de Brønsted-Lowry será discutida em um artigo separado!

Resumo

  • Um ácido de Arrhenius é qualquer composto que aumenta a concentração do start text, H, end text, start superscript, plus, end superscript em solução aquosa.
  • Uma base de Arrhenius é qualquer composto que aumenta a concentração do start text, O, H, end text, start superscript, minus, end superscript em solução aquosa.
  • Em solução aquosa, os íons start text, H, end text, start superscript, plus, end superscript reagem instantaneamente com a água formando íons hidrônio, start text, H, end text, start subscript, 3, end subscript, start text, O, end text, start superscript, plus, end superscript.
  • Em uma reação ácido-base, ou de neutralização, um ácido e uma base de Arrhenius geralmente reagem para formar água e um sal.

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