Ácidos e bases

Ácidos e bases

Todos os elementos existentes no universo, em qualquer estado físico (seja ele gasoso, líquido ou mesmo sólido), é constituído de moléculas e átomos, e estes possuem especificidades quanto a sua composição. Todas essas propriedades são objeto de estudo para uma importante área de conhecimento, presente em qualquer escola de ensino médio no Brasil e no mundo.

Para fins majoritariamente didáticos, esses elementos são separados em grupos químicos, onde substâncias com propriedades parecidas são colocadas como semelhantes. Nesse caso, podemos citar os ácidos e as bases, compostos bastante presentes no nosso dia a dia e que são altamente relacionáveis entre si, podendo até ser classificados como opostos um do outro.

O ácido, a base e as relações entre eles são estudadas pela Química Inorgânica, aquela que estuda as substâncias que não tem o carbono como principal em sua composição.

O que é um ácido?

Antes de falarmos dos conceitos que relacionam o ácido e a base, é proveitoso que o leitor saiba exatamente o que é um ácido. Basicamente, são definidos como compostos que, quando dissolvido em água, libera íons de hidrogênio, o que levou os cientistas a classificarem esse grupo como “doadores de prótons”, tendo em vista que as moléculas liberadas por eles possuem cargas positivas.

Os ácidos podem ser divididos em dois grupos principais, os quais determinam a utilização daquela substância para o ser humano. Estes grupos são:

  • Ácidos orgânicos: Os ácidos orgânicos são aquelas substâncias que, além de liberar íons de hidrogênio quando em uma solução aquosa, são propícios para o consumo humano, e não nos fazem mal quando consumidos livremente. Podem ser dados alguns exemplos desse tipo de ácido, como o ácido cítrico, presente principalmente em frutas ricas em vitamina C (laranja, acerola, limão, dentre outros), o ácido acético, presente no vinagre, o ácido tartárico, presente nas uvas e importante para a produção de vinhos, o ácido málico, presente nas maçãs e o ácido carbônico, bastante utilizado para a produção de bebidas gaseificadas, como os refrigerantes;
  • Ácidos inorgânicos: Os ácidos inorgânicos são aquelas substâncias que também liberam íons de hidrogênio quando dissolvidos em água, mas não são próprias para o consumo humano, podendo trazer algumas consequências para o nosso organismo. Muitos desses ácidos estão associados com a sua característica de corroer outros materiais com certa facilidade. É possível dar alguns exemplos desse tipo de substâncias, os quais se incluem o ácido sulfúrico, de fórmula química H2SO4, o ácido clorídrico (HCl) e o ácido nítrico (HNO3). Em alguns casos, essa propriedade está relacionada com o pH, assunto que ainda iremos tratar nesse texto;

Ainda falando dos ácidos, algumas outras características estão atreladas a esse tipo de substância, como o fato de ser incolor, possuir, na maioria das vezes, um cheiro forte e um sabor amargo ou azedo e entrar em fusão ou ebulição em temperaturas menores se comparadas a outros compostos. Além disso, pode conduzir correntes elétricas com facilidade se dissolvido em água e tem facilidade em reagir com elementos metálicos, como o ferro (Fe) e o magnésio (Mg). Os ácidos são sempre encontrados no estado físico líquido, e possuem um pH (conceito que ainda será tratado nesse artigo) inferior a 7.

O que é uma base?

As bases são compostos, a exemplo do ácido, também muito estudados na Química Inorgânica. Em condições naturais, é uma substância formada por um cátion e um ânion de carga idêntica, o que a deixa estabilizada eletricamente. Contudo, ao ser dissolvida em água, a base libera íons hidroxila, os quais possuem carga negativa. Dessa forma, as soluções básicas são chamadas de “aceitadoras de prótons”.

Diferentemente dos ácidos, as bases podem ser classificadas de diferentes maneiras, cada uma considerando uma característica específica da substância em questão. Essas divisões são:

  • Quanto à quantidade de hidroxilas: Hidroxilas são moléculas químicas caracterizadas pela fórmula OH, pois possui carga negativa. As bases podem classificadas quanto ao número desse tipo de moléculas que possuem em sua composição, podendo ser: Monobases – quando possuem apenas uma molécula OH–  – dibases – quando possuem duas moléculas hidroxilas – tribases – três grupos de hidroxila – e tetrabases – 4 OH;
  • Quanto à capacidade de conduzir eletricidade: As bases, quando dissolvidas em água, também podem conduzir corrente elétrica. Contudo, há uma diferenciação grande entre uma base e outra quanto a essa capacidade. Essa classificação possui apenas duas divisões: bases fracas, isto é, as que não são boas para conduzir correntes elétricas, e as bases fortes, as boas condutoras de eletricidades;
  • Quanto à capacidade de se dissolver em água: Como a própria classificação já diz, essa divisão leva em conta a facilidade de que uma substância básica em específico tem de se dissolver em água. São agrupadas em: bases pouco solúveis, bases solúveis e bases insolúveis;

As bases também possuem outras características as quais podem ser atreladas a esse grupo químico, como o sabor cáustico e amargo, a desintegração observada quando exposto a altas temperaturas e um pH (conceito que ainda iremos trabalhar nesse texto) superior a 7.

Conceitos relacionando ácidos e bases 

Como já vimos, as bases e os ácidos possuem características facilmente relacionadas, uma vez que algumas podem ser descritas até como opostas de outras. Contudo, mesmo com essas propriedades, elas podem agir de forma similar, como quanto à capacidade de conduzir correntes elétricas e de se dissolver em água. Desse modo, a relação entre esses dois compostos foi objeto de estudo de importantes químicos, e as suas pesquisas e conclusões duram até os dias de hoje.

Teoria de Arrhenius:

Svante Arrhenius foi um pesquisador e cientista na área da Química que viveu entre os anos de 1859 e 1927. Seus estudos foram tão expressivos que foram reconhecidos pela academia internacional, que o premiou, no ano de 1903, com o Prêmio Nobel de Química, reconhecendo as suas conclusões extraordinárias, as quais representaram grandes avanços para o estudo da Química em todo o mundo.

Como possuem ações muito parecidas, mas algumas características distintas, Arrhenius queria evidenciar quais eram as diferenças dos ácidos e das bases quanto ao seu comportamento em situações idênticas. Dessa forma, o químico sueco promoveu vários experimentos de ácidos e bases enquanto essas substâncias estão dissolvidas em água.

As conclusões do cientista foram:

  • Os ácidos, quando dissolvidos em água, sofrem um fenômeno chamado de ionização. Nesse caso, os cátions liberados por esse tipo de compostos são moléculas de H+. Para melhor entendimento do leitor, podemos dar um exemplo dessa reação: o ácido fluorídrico, quando colocado em água, se dissocia, formando duas substâncias de cargas opostas: HF -> H+ + F;
  • Em contrapontos aos ácidos, Arrhenius concluiu que, quando dissolvidos em água, as bases sofrem outro tipo de fenômeno, o qual foi intitulado como “dissociação iônica”. Nesse caso, esse tipo de substância libera uma molécula de carga negativa, chamada de hidroxila e com a fórmula químia de OH. Para melhor entendimento do leitor, pode ser dado um exemplo dessa reação: O hidróxido de potássio, quando colocado em água, se dissocia e forma duas substâncias de cargas opostas: KOH -> K+ + OH.

É importante ter o conhecimento de que todas as substâncias classificadas como ácidos possuem, no mínimo, uma molécula de hidrogênio, e todos os compostos classificados como bases possuem, no mínimo uma molécula de hidroxila.

Teoria de Bronsted-Lowry:

Pouco mais de duas décadas depois, mais precisamente no ano de 1923, dois químicos desenvolveram, de forma independente mas simultânea, uma teoria que complementava a realizada por Arrhenius, tendo em vista que esta se restringia apenas quando os compostos em questão (ácido e bases) estavam dissolvidos em água.

Johannes Nicolaus Brønsted foi um químico de origem dinamarquesa que viveu entre os anos de 1879 e 1947, ficando conhecido também por realizar estudos sobre a equação catalítica. Thomas Martin Lowry foi um cientista da área da Química e de origem britânica, que viveu entre os anos de 1874 e 1936 e, como Bronsted, também desenvolveu uma teoria de forma a relacionar as atuações e as propriedades de ácidos e bases.

A fim de expandir as características existentes sobre ácidos e bases, os dois químicos classificaram esses compostos de maneiras diferentes do que já havia sido feito anteriormente.

Diante desse novo estudo, os ácidos foram classificados como substâncias capazes de doar um próton H+. Já as bases, foram classificadas como compostos capazes de receber um próton H+. Diante disso, como já foi falado anteriormente na definição geral dessas duas substâncias, o ácido se torna um “doador de prótons” e a base uma “receptora de prótons”.

Contudo, esses dois químicos também apresentaram outro novo conceito em suas conclusões, as quais ficaram conhecidas como substâncias anfipróticas. “Anfi”, do latim, é geralmente utilizado para elementos que podem se comportar de duas maneiras opostas, como os anfíbios, que vivem em ambientes terrestres e também em ambientes aquáticos.

No caso dos compostos anfipróticos, estes poderiam se comportar como doador ou receptor de prótons, isto é, poderiam ser considerados como bases e ácidos, dependendo da situação em que estão expostos. Para exemplificar essas substâncias, os dois químicos usaram um mesmo composto, muito conhecido: a água.

Embora sua fórmula química (H2O) se assemelhe mais com um ácido, a água pode se comportar das duas maneiras. Exemplos:

  • HNO3 + H2O -> NO3- + H3O+ = Nesse caso, a água se comportou como uma base, tendo em vista que aceitou o próton na reação;
  • NH3 + H2O -> NH4+ + OH- = Já nesse exemplo, a água se comportou como um ácido, tendo em vista que doou o próton presente em sua composição;

Potencial Hidrogênio Iônico (pH)

A fim de classificar as substâncias segundo a sua característica como ácido ou base, foi criado um sistema quantitativo, chamado de potencial hidrogênio iônico e com sigla de pH. Esse método varia de 0 a 14, de modo que os compostos com classificação de 0 a 6,9 são ácidos e as substâncias com classificação de 7,1 a 14 são bases. As substâncias com pH 7 são classificadas como neutras (anfipróticas).

Para fazer esse tipo de identificação, são usadas substâncias específicas, as quais ficaram popularmente chamadas de “Indicadores”. Na maioria das vezes, o que esses indicadores fazem é alterar a cor da substância, onde existe uma tabela com as cores e os pHs existentes. Os Indicadores mais conhecidos são a fenolftaleína e o tornassol.

Nomenclaturas de ácidos e bases

Não é proveitoso que uma substância seja indicada segundo a sua fórmula química, pois isso dificultaria a comunicação e até o entendimento para pessoas que não entendem muito do assunto em questão. Desse modo, foram criados métodos de nomear ácidos e bases de acordo com a sua composição.

Ácidos:

Para nomear os ácidos, estes devem ser divididos em dois grupos: Hidrácidos, isto é, aqueles que não possuem oxigênio, e Oxiácidos, aqueles que os possuem.

No caso dos hidrácidos, o método é bastante simples, e tudo o que você precisa fazer para nomear a substância é colocar ácido + o nome do elemento acompanhante com o sufixo ídrico. Podem ser dados alguns exemplos, os quais: HCl, onde o elemento acompanhante é o Cloro, o nome fica: ácido clorídrico. HF, onde o elemento acompanhamento é o Fluor, o nome fica: ácido fluorídrico.

Já no caso dos Oxiácidos, a técnica é parecida, e tudo que você precisa fazer é colocar ácido + o nome do elemento acompanhante com o sufixo ico. Alguns exemplos podem ser dados, como: H2SO4, que fica com o nome de ácido sulfúrico, e H2CO3, que fica com o nome de ácido carbônico.

Bases:

A regra geral para a nomenclatura de uma base também é bastante elementar, e tudo que o indivíduo precisa fazer é colocar Hidróxido de + o nome do cátion. Pode ser dado exemplo, como o NaOH, que fica com o nome de hidróxido de sódio.

Contudo, em casos onde um mesmo elemento da tabela periódica pode formar diferentes substâncias, dependendo das condições em que se encontra, acrescenta-se o numero romano com a carga que ele fica ao final da reação. Como exemplo, temos o Ferro, que pode formar o Fe(OH)2 e o Fe(OH)3. No caso do primeiro, o nome ficaria hidróxido de Ferro II, e do ultimo, hidróxido de Ferro III.