Química Inorgânica · Funções · Teoria de Arrhenius · Ensino Médio

Tudo se decide na água

Cloreto de hidrogênio puro, gás ou líquido, não conduz corrente. Borbulhe esse mesmo gás na água e a lâmpada acende. Em 1884, Svante Arrhenius propôs a explicação que lhe deu o Nobel de 1903: algumas substâncias, quando entram na água, liberam íons. As quatro funções inorgânicas são quatro respostas a uma única pergunta: o que essa substância libera na água? Ácido libera H+, base libera OH−, sal libera outros íons, e o óxido primeiro reage com a água e só então vira ácido ou base.

ÁcidoNa água, o único cátion que ele libera é H+ (que se junta à água e forma H3O+).HCl · H2SO4 · H3PO4
BaseNa água, o único ânion que ela libera é OH−, a hidroxila.NaOH · Ca(OH)2 · NH3
SalLibera pelo menos um cátion diferente de H+ e um ânion diferente de OH−. É o que sobra da neutralização.NaCl · CaCO3 · NaHCO3
ÓxidoComposto binário em que o oxigênio é o elemento mais eletronegativo. Na água, vira ácido ou base antes de liberar qualquer íon.CO2 · CaO · SO3
4funções, uma pergunta
22ácidos no motor da página
8,3pH do bicarbonato, chamado de “sal ácido”
1,7pH do FeCl3 0,1 mol/L, um sal
0/52seu placar no treino

01 · a pergunta de Arrhenius

A lâmpada só acende se houver íons livres

Mergulhe dois eletrodos, ligados a uma lâmpada, no que estiver dentro do béquer. A corrente só passa quando existem partículas com carga que podem se mover. Um sólido iônico tem íons, mas eles estão presos. O açúcar se dissolve, mas continua em moléculas. Já o HCl é molecular e, ao entrar na água, forma íons que antes não existiam.

ionização

A água cria os íons

O composto é molecular, e as ligações são covalentes. Ao reagir com a água, a molécula se quebra e forma íons que antes não existiam. Isso acontece com os ácidos e com a amônia.

HCl(g) + H2O(l) → H3O+(aq) + Cl−(aq)
dissociação iônica

A água separa os íons

O composto é iônico, e os íons já estão no retículo cristalino. A água só os afasta uns dos outros e os envolve (solvatação). Isso acontece com as bases metálicas e com os sais.

NaCl(s) → Na+(aq) + Cl−(aq)
H+ ou H3O+? O próton livre não existe na água. Ele se liga a uma molécula de água e forma o íon hidrônio, H3O+. Escrever H+(aq) é uma abreviação aceita. Na seção 03, um botão troca a notação de todas as equações da página.

02 · ácidos · nomenclatura

O sufixo acompanha o nox

Um hidrácido não tem oxigênio e recebe o sufixo -ídrico: HCl é o ácido clorídrico. Nos oxiácidos, o sufixo informa o número de oxidação do elemento central. Quanto mais oxigênio, maior o nox. Toque nos degraus da escada: a página calcula o nox pela própria fórmula (H vale +1, O vale −2, a soma dá zero).

Do ácido ao ânion: troca-se o sufixo

Quando o ácido perde seus H+, o que sobra é o ânion, e o nome dele deriva do nome do ácido. São só três trocas, e elas valem para todos os ácidos. Com elas você nomeia qualquer sal.

-ídrico→-eto
clorídrico → cloreto · sulfídrico → sulfeto
-ico→-ato
sulfúrico → sulfato · perclórico → perclorato
-oso→-ito
nitroso → nitrito · hipocloroso → hipoclorito

Para decorar, os alunos costumam usar a frase “o mosquito teimoso pica o pato no bico”. Ela resolve as duas trocas dos oxiácidos. A troca -ídrico → -eto é a única que sobra.

Orto, meta e piro: quanta água o óxido recebeu

O mesmo P2O5 forma três ácidos diferentes, conforme a quantidade de água que reage com ele. O prefixo registra o grau de hidratação, e o nox do fósforo continua +5 nos três casos.

03 · ácidos · ionização e classificação

Só ioniza o H que está preso ao oxigênio

Escolha um ácido. A página escreve a ionização uma etapa por vez, porque cada H+ sai de uma vez, e cada saída é mais difícil que a anterior. Nos oxiácidos, só é ionizável o hidrogênio ligado a oxigênio. Veja o H3PO3: são três H na fórmula, mas ele é um diácido.

Nome

04 · ácidos · força

A regra do livro contra o grau de ionização medido

Nos oxiácidos, a regra prática é calcular m = nº de O − nº de H ionizáveis. Se m ≥ 2, o ácido é forte; se m = 1, moderado; se m = 0, fraco. Nos hidrácidos, HCl, HBr e HI são fortes, o HF é moderado e os demais são fracos. A tabela coloca a regra ao lado do grau de ionização α, calculado a partir da constante Ka de cada ácido em solução 0,1 mol/L. As linhas destacadas mostram onde a regra erra.

α = fração das moléculas que perderam o primeiro H+, a 25 °C e 0,1 mol/L, calculada pelo mesmo resolvedor de equilíbrio usado na seção de pH. As faixas usadas são as do ensino médio: forte α > 50%, moderado 5% a 50%, fraco α < 5%. Tabelas antigas registram α = 92% para o HCl. Esse valor vem de medidas de condutividade e mostra o efeito de atividade, não uma ionização incompleta.

Força não é concentração

Força diz que fração das moléculas se ioniza. Concentração diz quantas moléculas existem na solução. Um ácido fraco concentrado pode ter mais H3O+ do que um ácido forte diluído. Arraste as duas concentrações e compare.

05 · bases

O número de OH− é a carga do cátion

Uma base de Arrhenius é um cátion acompanhado de tantas hidroxilas quanto for a carga dele: Na+ forma NaOH, Ca2+ forma Ca(OH)2, Fe3+ forma Fe(OH)3. O nome é hidróxido de + cátion. Quando o metal tem mais de uma carga possível, indica-se a carga em algarismo romano, ou usa-se -oso para a menor e -ico para a maior.

A amônia não tem OH e mesmo assim é base. O NH3 é molecular. Na água, ele ioniza: arranca um H+ da água e deixa um OH− livre. O “hidróxido de amônio”, NH4OH, dos livros é uma forma de escrever essa solução. Nunca se isolou uma molécula de NH4OH. Este é o primeiro ponto em que o modelo de Arrhenius precisa de ajustes (seção 12).

06 · óxidos

O óxido não responde à pergunta até entrar na água

Um óxido é um composto binário em que o oxigênio é o elemento mais eletronegativo. Por isso OF2 não é óxido: o flúor é mais eletronegativo que o oxigênio. Os óxidos são classificados pelo que fazem com a água, com os ácidos e com as bases. Clique em uma classe para ver os exemplos e as reações.

O mesmo metal, três óxidos: o nox decide

Não basta ver se o elemento é metal ou ametal. O crômio forma um óxido básico, um anfótero e um ácido. Quanto maior o nox, mais o óxido se comporta como óxido de ametal. É também por isso que o Mn2O7, óxido de um metal, é o anidrido do ácido permangânico.

Nomenclatura

Nos óxidos moleculares, usam-se prefixos de quantidade. Nos iônicos, usa-se “óxido de” + nome do cátion. Os óxidos ácidos também são chamados de anidridos: o óxido é o ácido “sem a água”.

molecular · prefixos

N2O5

pentóxido de dinitrogênio. O prefixo mono- só se usa antes de “óxido”, como em CO, monóxido de carbono. Não se diz “monocarbono”.

iônico · stock ou -oso/-ico

Fe2O3

óxido de ferro(III) ou óxido férrico. Para achar a carga: 3 O × (−2) = −6, divididos por 2 Fe dá +3 para cada ferro.

anidrido

SO3

anidrido sulfúrico, porque SO3 + H2O forma H2SO4. O nome do anidrido é o do ácido que ele forma, com “anidrido” no lugar de “ácido”.

peróxido · O₂²⁻

H2O2, Na2O2

No peróxido, o oxigênio tem nox −1, e não −2. O grupo O–O vem sempre inteiro. Na2O2 é o peróxido de sódio, e “Na2O2 simplificado para NaO” está errado.

07 · hidratação e desidratação

Tire a água do ácido e sobra o óxido

A hidratação de um óxido e a desidratação de um ácido ou de uma base são a mesma equação, lida nos dois sentidos. A página gera cada equação a partir da fórmula: conta os H, retira H2O até acabar o hidrogênio e duplica a fórmula quando o número de H é ímpar.

Anidrido misto: o NO2 tem nitrogênio com nox +4, que fica entre o +3 do HNO2 e o +5 do HNO3. Na água, ele forma os dois ácidos ao mesmo tempo: 2 NO2 + H2O → HNO2 + HNO3. É uma das reações que tornam a chuva ácida em cidades com muito tráfego.

08 · sais · fórmula, nome, dissociação

A carga de um é o índice do outro

O sal é neutro, então a soma das cargas tem de dar zero. A regra prática é cruzar as cargas: a carga do cátion vira o índice do ânion, e vice-versa, simplificando quando possível. Escolha um cátion e um ânion. A página escreve a fórmula, o nome, a dissociação e a origem do sal (de qual ácido e de qual base ele vem), e diz se a solução fica ácida, neutra ou básica.

Classificação dos sais

O nome da classe diz o que sobrou da neutralização. Veja na seção 09 como obter cada um.

normal (neutro)

NaCl, CaCO3, Al2(SO4)3

Não sobra H+ nem OH−: a neutralização foi total. Chamar esse sal de “neutro” não garante que o pH da solução seja 7. O Na2CO3 é um sal normal, e sua solução 0,1 mol/L tem pH 11,7.

hidrogenossal (ácido)

NaHCO3, NaHSO4, NaH2PO4

O ânion ainda tem H ionizável, porque sobrou ácido. Nome: hidrogeno + ânion. O NaHCO3 é o hidrogenocarbonato de sódio, também chamado de bicarbonato ou carbonato ácido.

hidroxissal (básico)

Mg(OH)Cl, Al(OH)2Cl

O cátion ainda tem OH−, porque sobrou base. Nome: hidroxi + ânion. O Mg(OH)Cl é o hidroxicloreto de magnésio, ou cloreto básico de magnésio.

duplo ou misto

KAl(SO4)2, CaCl(ClO)

Tem dois cátions ou dois ânions diferentes. A pedra-ume, KAl(SO4)2·12H2O, é o sulfato duplo de alumínio e potássio. A cal clorada, CaCl(ClO), tem dois ânions.

hidratado

CuSO4·5H2O, CaSO4·2H2O

Tem água de cristalização presa no retículo. O sulfato de cobre(II) penta-hidratado é azul. Aquecido, perde a água e fica branco.

09 · neutralização total e parcial

Cada H+ encontra um OH−

Toda neutralização se resume a H+ + OH− → H2O. O sal é o que resta: o ânion do ácido junto com o cátion da base. Escolha quantos H+ cada molécula de ácido entrega e quantos OH− cada fórmula de base entrega. A página acerta os coeficientes, forma o sal e o classifica. Tente deixar sobrar H+ e OH− ao mesmo tempo para ver por que isso não é possível.

Encontro dos íons

10 · pH, acidez e indicadores

Cada unidade de pH vale dez vezes

pH = −log[H3O+]. A 25 °C, a água pura tem [H3O+] = [OH−] = 10−7 mol/L, e por isso pH + pOH = 14. Como a escala é logarítmica, o suco de limão (pH ≈ 2,3) não é “um pouco” mais ácido que o café (pH ≈ 5): tem 500 vezes mais H3O+. Arraste o pH ou toque em uma substância do dia a dia e veja a cor de seis indicadores.

Indicadores ácido-base

Faixas de viragem usuais, a 25 °C. As cores do repolho roxo são aproximadas, porque dependem do extrato. Os valores de pH das substâncias do dia a dia são típicos e mudam de uma marca ou amostra para outra.

Calculadora de pH

Escolha uma substância e a concentração. A página resolve o equilíbrio incluindo a autoionização da água. Por isso ela não comete o erro clássico de dizer que HCl 10−8 mol/L tem pH 8. Uma solução de ácido, por mais diluída que seja, não fica básica.

Toda chuva é ácida. O CO2 do ar se dissolve na água da chuva e forma H2CO3. Com 420 ppm de CO2, o resolvedor desta página dá pH 5,6 para uma chuva sem nenhuma poluição. Chama-se “chuva ácida” a chuva com pH abaixo desse valor, acidificada por SO2 e NOx, que formam H2SO4 e HNO3.

11 · hidrólise de sais

O íon que vem do fraco reage com a água

Na solução do sal, cada íon tenta voltar a formar o composto de onde veio. Se esse composto é forte, ele não se forma de novo e o íon fica como está. Se é fraco, o íon reage com a água: o cátion de base fraca libera H3O+, e o ânion de ácido fraco libera OH−. Por isso vence o mais forte: sal de ácido forte com base fraca dá solução ácida, e vice-versa.

Origem do salQuem hidrolisaSoluçãoExemplos
ácido forte + base forteninguémneutra (pH ≈ 7)NaCl, KNO3
ácido forte + base fracao cátionácidaNH4Cl, FeCl3, Al2(SO4)3
ácido fraco + base forteo ânionbásicaCH3COONa, Na2CO3, NaClO
ácido fraco + base fracaos doisdepende de Ka × KbNH4CN (básica), CH3COONH4 (≈ 7)

12 · onde Arrhenius não alcança

Seis casos que o modelo não explica bem

A teoria de Arrhenius explica toda a química da página até aqui, desde que o solvente seja a água. Nos casos abaixo, ela ou falha ou precisa de remendos. Eles são o motivo de existirem as teorias de Brønsted-Lowry (1923), em que o ácido doa próton e a base recebe próton, e de Lewis, em que o ácido recebe par de elétrons.

13 · no dia a dia

Onde cada função aparece

Compostos inorgânicos presentes na cozinha, no banheiro, na farmácia, na obra e na indústria. Filtre pela função ou busque pelo nome, pela fórmula ou pelo uso.

14 · perguntas e respostas

As dúvidas que sempre aparecem na aula

Toque em uma pergunta para ver a resposta.

15 · treino

Oito baterias, 52 questões

Cada alternativa errada foi construída a partir de um erro específico, e a página diz qual erro você cometeu. Nas baterias B a G, o diagnóstico é calculado pelo mesmo motor que monta as equações das seções acima, e não escrito à mão. Seu progresso fica salvo neste navegador.

0/52 certas · 0/52 respondidas

Bateria A · nomenclatura

Oito fórmulas das quatro funções. Identifique a função antes de escolher o sufixo.

Bateria B · hidrogênios ionizáveis

Sete ácidos. Nos oxiácidos, conte só os H ligados a O.

Bateria C · força dos ácidos

Seis ácidos. Aplique a regra, mas não se esqueça das exceções.

Bateria D · neutralização total e parcial

Seis reações. Descubra qual sal se forma na proporção indicada.

Bateria E · óxidos

Sete óxidos: classifique ou diga o que forma com a água.

Bateria F · hidrólise

Seis sais. Ácida, básica ou neutra?

Bateria G · indicadores

Cinco situações. Qual é a cor?

Bateria H · no estilo das bancas

Sete questões contextualizadas, no formato de vestibular e Enem.

Treino livre · nomenclatura de sais sem fim

O motor sorteia um cátion e um ânion e gera a questão com os distratores. Os pontos daqui não entram no placar das baterias.

sequência: 0 · acertos: 0/0

16 · fontes

De onde vem cada número desta página