Os ácidos

Definição dos ácidos por Arrhenius:
Segundo Arrhenius (cientista sueco) o ácido é uma função inorgânica, um composto químico que ao entrar em contato com a água (meio aquoso) irá liberar íons de hidrogênio.
Os ácidos são formados por moléculas ligadas através do meio de compartilhamento de elétrons de suas camadas de valência, ou seja, são moléculas conectadas através das ligações covalentes.
Vamos tomar como exemplo o ácido bromídrico: HBr. Sua estrutura molecular se dá da seguinte forma:

Veja que o bromo com sete elétrons em sua camada de valência, deseja ficar com oito (segundo a regra do octeto), isto indica que ele precisa de apenas um elétron para isto. Por sua vez, o hidrogênio que deseja se estabilizar com 2 elétrons, procura o bromo para realizar a ligação. Assim, ambos compartilham um elétron (ligação sigma) e o bromo partilhando o elétron do hidrogênio ficará com 8 elétrons na camada de valência, assim como o hidrogênio partilhando o elétron do bromo, ficará com seus 2 elétrons para se estabilizar.

Pois bem, então forma-se através desta ligação covalente um ácido muito corrosivo, o ácido bromídrico.

Porém, este ácido se jogado na água irá fazer com que esta ligação ''quebre'', ou seja, este compartilhamento de elétrons será interrompido. O bromo irá se ''soltar'' do hidrogênio, porém ele irá levar junto dele o elétron do hidrogênio que antes eles partilhavam, assim o bromo irá liberar o hidrogênio em forma de íon, o H+ (hidrogênio sem elétrons) e o bromo se tornará um ânion (Br-) por ter ganho um elétron.

Então em meio aquoso, a equação do ácido bromídrico é:

Características:
Os ácidos como visto mais acima, são caracterizados quando em meio aquoso liberam o H+.
Os ácidos tem normalmente no inicio da sua fórmula o hidrogênio, ou seja, no extremo esquerdo da mesma, por exemplo: HCL, H2SO4, HF, e etc...
Atenção: Apesar de ter o hidrogênio no início da sua fórmula, a água (H2O) não é um ácido!
As moléculas de ácidos são dadas em estruturas covalentes, ou seja, no compartilhamento de elétrons dos elementos ali presentes.
Todos os ácidos tem pH abaixo de 7 e na presença do torna-sol em água, os ácidos tem capacidade de colorir este marcador de azul, para vermelho.
A maioria dos ácidos são corrosivos e tóxicos e em contato com a pele humana podem causar graves queimaduras.
Os ácidos tem gosto forte e azedo e podem reagir com uma base, onde em meio aquoso esta reação tem como produto: Sal e água. (Ver aula sobre reações de neutralização).
Quando ionizam, os ácidos são ótimos condutores elétricos em meio aquoso.

Classificação dos ácidos:
Os ácidos podem ser classificados de quatro maneiras distintas:

1. Presença do oxigênio na estrutura:
Se um ácido não possui o oxigênio (O) em sua estrutura, ele é chamado de hidrácido, por exemplo: HF, H2S, HBr, HCN, HCl...
Se o ácido possui oxigênio (O) na composição, então ele é um oxiácido: H2PO3, H2SO4, HS2O...

2. Quantidade de elementos na fórmula:
Dependendo da quantidade de elementos na fórmula do ácido (independente da quantidade de átomos dos mesmos), ele pode ser classificado das seguintes formas:
Ácido binário: Apresenta dois elementos na fórmula, exemplo: HF
Ácido ternário: Apresenta três elementos na fórmula, exemplo: HCN
Ácido quartenário: Apresenta quatro elementos na fórmula, exemplo: HCNO

3. Quantidade de hidrogênios na fórmula:
Os ácidos também podem ser classificados de acordo com a quantidade de hidrogênios:
1 hidrogênio na molécula: Monoácidos, exemplo: HCN
2 hidrogênios na molécula: Diácidos, exemplo: H2S
3 hidrogênios na molécula: Triácidos: H3PO4
4 hidrogênios na molécula: Tetrácidos: H4SiO4

4. Quantidade de hidrogênios ionizáveis:
Outro tipo de classificação dos ácidos está de acordo com a quantidade de hidrogênios ionizáveis do ácido em meio aquoso, ou seja, o quanto de H+ que os ácidos podem liberar:
Monopróticos: Só liberam 1 átomo de hidrogênio, por exemplo: HNO3
Dipróticos: Liberam até 2 átomos de hidrogênio, por exemplo: H2MnO4
Tripróticos: Podem liberar até 3 átomos de hidrogênios, por exemplo: H3PO4.

Volatilidade:
Volatilidade de um ácido significa a capacidade do mesmo de passar do estado líquido para o estado gasoso.
Chamamos de ''ácidos voláteis'' aqueles ácidos que tem um nível de ebulição muito baixo, ou seja, eles passam do estado líquido para o estado gasoso com mais facilidade.
Os ácidos chamados de ''ácidos fixos'', são os ácidos que por sua vez, tem mais dificuldades de passar para o estado gasoso, ou seja, o nível de ebulição dos ácidos fixos é muito alto.
Normalmente os ácidos voláteis são os hidrácidos, exemplos: HCl, HS2, HF, HCN.
Os ácidos fixos comumente são os oxiácidos, exemplos: H2SO4, H3PO4, H2SO3.

Força:
A força de um ácido indica quantos H+ ele pode liberar no meio aquoso.
Nunca teremos uma ionização completa dos ácidos em água, isso significa que nunca todas as moléculas do ácido irão liberar H+.
Por exemplo... Vamos supor que de 1000 moléculas de HCl, 900 liberem o H+ e as outras 100 moléculas continuem conectadas, ou seja, a ligação covalente entre o cloro e o hidrogênio se mantenham. 
Dependendo dessa ionização do hidrogênio, podemos classificar os ácidos em fortes, moderados ou fracos.
São ácidos fortes aqueles ácidos que liberam muitos íons de H+ e normalmente não retomam com a ligação. Ou seja, de um porção ''x'' de moléculas em água, a maioria delas irá liberar o H+.
Já os ácidos considerados ''fracos'', são aqueles ácidos que liberam poucas quantidades de H+, estabelecendo assim um certo equilíbrio químico no meio. Ou seja, de uma porção ''y'' de moléculas, a minoria irá liberar o H+.
Os ácidos moderados estão no meio termo da comparação, não liberam tantos H+ quanto os ácidos fortes mas também não minimizam tanto este valor quanto os ácidos fracos.
Todos os hidrácidos acompanhados dos halogênios (elementos da família VIIA ou 17 da tabela periódica) podem ser considerados fortes, exemplo: HCl, HBr, HI, HAt... A unica exceção é o ácido fluorídrico (HF) que é considerado um ácido moderado.
O ácido cianídrico (HCN) e os ácidos orgânicos são considerados ácidos fracos. De ácido orgânico temos o exemplo do ácido acético (vinagre) de fórmula CH3COOH, este é um ácido fraco, só irá liberar um íon de H+ por molécula.
Para os oxiácidos, para você calcular a força do mesmo, basta subtrair a quantidade de oxigênios de sua quantidade de hidrogênios ionizáveis. Se o resultado for maior ou igual a 2, o ácido é considerado forte, se o resultado for 1 teremos um ácido moderado e se o resultado for 0 teremos um ácido fraco.
A tabela fica assim:

Ácidos fortes: Resultado da diferença de oxigênios e hidrogênios >= 2
Ácidos moderados: Resultado da diferença de oxigênios e hidrogênios = 1
Ácidos fracos: Resultado da diferença de oxigênios e hidrogênios = 0 

Exemplo: O ácido sulfúrico -> H2SO4
Temos 4 oxigênios e 2 hidrogênios, fazendo as contas: 4 - 2 = 2. Segundo a tabela, o ácido sulfúrico é um ácido forte.

Outro exemplo: O ácido fosfórico -> H3PO4
4 - 3 = 1. O ácido fosfórico é um ácido moderado.

Mais outro exemplo: O ácido hiponitroso -> HNO
1 - 1 = 0. Este ácido é considerado um ácido fraco.
Algo mais simples de ser pensando também é o seguinte: Se o número de oxigênios for igual ao número de hidrogênios, o ácido será fraco.
Outro modo de você calcular a força dos ácidos é através do seu grau de ionização:

Grau de ionização:
A constante de ionização é representada pela letra grega alfa (α), onde: α = número de moléculas ionizadas/número de moléculas dissolvidas.
Por exemplo... O HCl tem grau de ionização α=0,9% ou α = 90%.
A tabela a seguir mostra a força dos ácidos de acordo com seu grau de ionização:

> = 50% -> Ácido forte
< 50% > 5% -> Ácido moderado
< = 5 % -> Ácido fraco

Em outras palavras, se o grau de ionização de um ácido for igual ou maior que 50% ele é um ácido forte, entre 49% e 6% é um ácido moderado, e menor ou igual que 5% o ácido é considerado fraco.

Com este tipo de afirmação, podemos também calcular a quantidade de ácidos que irão se ionizar numa solução aquosa, veja um exemplo:

O grau de ionização do cloro é α = 90%, calcule quantas moléculas de HCl irão ionizar se formos analisar um total de 500 dessas moléculas no meio aquoso.

Então quando temos 500 moléculas vamos supor que todas elas irão ionizar, ou seja, todas elas vão liberar H+, teremos uma ionização de 100%:

500 --- 100%

Se 90% delas ionizarem, quantas moléculas serão?

500 --- 100%
x   --- 90%

Agora resolva:

0,9*500 = x

450 = x

Isto indica que: De 500 moléculas de HCl 450 irão liberar H+.

Nomenclatura:
Após estudar as características dos ácidos e suas classificações, podemos finalmente abordar o assunto sobre suas nomenclaturas:

Para os hidrácidos (ácidos sem a presença do oxigênio) você pode nomeá-los da seguinte forma:
"Ácido + nome do ânion + ídrico''
Nome do ânion seguido do sufixo ''ídrico''.
Por exemplo, o hidrácido: HCl. Seu ânion é o cloro, então podemos escrever este ácido da seguinte forma:
Ácido clorídrico. 
Outro exemplo? O hidrácido: HF. O ânion é o flúor, então seu nome é: Ácido fluorídrico. 
Tente praticar... Qual seria a nomenclatura do seguinte hidrácido: HI?

Para o caso dos oxiácidos, o caso complica apenas um pouco.
Os ácidos que contém oxigênio em sua molécula tem um método de nomenclatura um pouco mais específico.
Tudo dependerá do NOX (número de oxidação) do elemento central, e para isso temos uma tabela de sufixos e prefixos para estes tipos de ácidos:

Ou seja, a nomenclatura para os oxiácidos segue como: "Ácido + prefixo + nome do ânion + sufixo'', veja um exemplo:

Vamos calcular o NOX do elemento central, ou seja, do fósforo:

3 + x + 4(-2) = 0

3 + x - 8 = 0

x - 5 = 0

x = + 5

Confira na tabela e veja que elementos com NOX 5 tem apenas o sufixo ''ico'', então o ácido fica como sendo:

Ácido Fosfórico.

Outro exemplo: 

Calculando o NOX:

2 + x + 4(-2) = 0
2 + x - 8 = 0
x - 6 = 0
x = + 6

De acordo com a tabela... NOX 6, terminação em ''ico'', então:
Ácido sulfúrico. 
Usamos ''sulfur'' no lugar de ''enxofre'' no nome do ânion, porque no caso da nomenclatura dos ácidos, não se usa seu nome em português mas sim seu nome derivado do latim ou grego, no caso do enxofre, o sulfur.

Veja este exemplo:



Calculando o NOX:

2 + x + 3(-2) = 0
2 + x - 6 = 0
x - 4 = 0
x = + 4

Note que agora o NOX do enxofre é +4, ou seja, seguindo a tabela o sufixo será ''oso'':
Ácido sulfuroso. 

Vamos ver mais dois exemplo:



NOX:

1 + x - 2 = 0
x - 1 = 0
x = + 1

Segundo a tabela, teremos um prefixo ''hipo'' e o sufixo ''oso'', por conta do nox +1, ou seja, teremos:
Ácido hipocloroso.

O outro exemplo é:



Calculando o NOX:

1 + x + 4(-2) = 0
1 + x - 8 = 0
x - 7 = 0
x = + 7

Veja na tabela... Temos NOX +7, isso indica que no nome do ácido teremos um prefixo ''per'' e o sufixo ''ico'':
Ácido Permangânico.

Este é o jeito de nomear os oxiácidos, com base do NOX dos átomos centrais do mesmo, porém existem três exceções a esta regra:



Isto porque o carbono e o silício tem como seu maior NOX o +4, e só são nomeados com terminação ''ico'', os elementos que possuem seu maior NOX (isso para os elementos que variam de NOX).
Mas se você for calcular o NOX do carbono no ácido: H2CO3 irá encontrar NOX +4.... Na prática então teríamos o ''ácido carbonoso'', mas como +4 é o NOX maior do carbono, então seu nome fica como sendo ''Ácido carbânico'' não ácido carbonoso. O mesmo vale para este ácido de silício: H4SiO4. Como seu maior NOX será +4 também (por pertencer a família IVA) seu nome fica como sendo "Ácido sílico''. 
Já no caso do Boro, seu maior NOX é o +3... Na prática, para seu ácido: H3BO3 seu nome terminaria com sufixo ''oso'', mas como nos casos acima, leva sufixo ''ico'' o maior NOX do elemento, então se nome fica como sendo ''Ácido bórico''.
Preste muita atenção nesses casos!

Níveis de Hidratação dos ácidos:
Alguns ácidos possuem o mesmo NOX e o mesmo ânion na composição, exemplo:

H3PO4, HPO3, H4P2O7.

Repare que os três ácidos tem como seu ânion o fósforo e se você for calcular o NOX de cada um deles, o resulta será sempre 5+.
E então, os três ácidos serão chamados de ácido fosfórico?
Bom, para casos como este, realmente há muitas semelhanças em cada ácido, mas não podemos nomear igualmente coisas diferentes.
Estes ácidos tem uma diferença entre eles: O nível de hidratação!
Algum deles foi mais hidratado por H2O, do que os outros e isso irá os diferir a partir de agora, pois dependendo do seu nível de hidratação, o ácido terá um prefixo diferente no seu nome.

Os prefixos são: Orto, meta e piro.
Sendo o prefixo ''orto'' para os ácidos mais hidratados, no caso... O H3PO4, ou seja, além de ''ácido fosfórico'' este ácido pode ainda ser chamado de ''ácido ortofosfórico'', mas nestes casos o prefixo ''orto'' é opcional. 
Agora, nos casos dos ácidos que irão ter os prefixos ''meta'' e ''piro'', o uso destes é obrigatório na nomenclatura.

Os ácidos que terão o prefixo ''meta'' dependerão do ácido ''orto'', veja o exemplo:

O ácido ortofosfórico H3PO4 irá dar origem a outro ácido, se você subtrair desta molécula de ácido fosfórico, uma molécula de água, veja:

H3PO4 - H2O = HPO3
(Subtraia a quantidade de hidrogênios do ácido orto, pela quantidade de hidrogênios da água. Faça o mesmo com o oxigênio).

Este novo ácido que se formou a partiu desta desidratação (perda de água) será chamado de ácido metafosfórico.
Ou seja, podemos nomear com o prefixo ''meta'' os ácidos que tiverem uma molécula do orto - uma molécula de água.

Para os casos dos ácidos com prefixo ''piro'', também dependerá do ácido orto:

Se você adicionar duas moléculas do ácido fosfórico, você terá:

H3PO4 + H3PO4 = H6P2O8
Ou pode multiplicar tudo por 2 também... 2H3PO4 = H6P2O8

O resulta será: H6P2O8, certo? Agora pegue este ácido e dele subtraia uma molécula de água:

H6P2O8 - H2O = H4P2O7

Este ácido formado será chamado de ''ácido pirofosfórico''.

Os ácidos que terão prefixo ''piro'' terão a molécula do orto multiplicada por 2 e depois subtraída por uma molécula de água.

Mais um exemplo:

H3BO3 este é o ''orto'' de seus outros ácidos semelhantes. Como visto mais acima, este ácido chama-se ''ácido bórico'' e te NOX 3+.

Vamos desidratar este ácido para termos como resultado o meta?

H3BO3 - H2O = HBO2

Porém, precisamos verificar se este ácido existe, ou seja, também tem NOX 3+:

HBO2
1 + x + 2(-2) = 0
1 + x - 4 = 0
x - 3 = 0
x = 3

Sim! Este ácido existe pois assim como seu ''orto'' tem NOX 3+, então ele é o ácido metabórico. 

Agora tentaremos seu ''piro'':

2H3BO3 = H6B2O6
H6B2O6 - H2O = H4B2O5

Vamos verificar se seu NOX também é 3+:

H4B2O5
4 + 2x + 5(-2) = 0
4 + 2x - 10 = 0
2x - 6 = 0
2x = 6
x = 6/2
x = 3

Pois então novamente NOX 3+, então este é o ácido pirobórico.

Vamos ver outro exemplo?

H2SO4

O ácido sulfúrico (NOX do enxofre 6+) é o mais hidratado, portanto é o ''orto'', com base disso:

2H2SO4 = H4S2O8

H4S2O8 - H2O = H2S2O7

Vamos verificar se o NOX deste ácido também será 6+

H2S2O7
2 + 2x + 7(-2) = 0
2 + 2x - 14 = 0
2x - 12 = 0
2x = 12
x = 12/2
x = 6

Confere NOX 6+ do enxofre deste ácido, logo, pode ser chamando de ''ácido pirossulfúrico''.

Agora vamos desidratar o ácido sulfúrico para tentar obter seu meta:

H2SO4 - H2O 
Mas espera aí! Se você tirar H2 - H2 não teremos mais hidrogênio na fórmula! Então não teremos mais o caráter ácido no composto, logo, o ácido ''metasulfúrico'' não existe.

Isto é um pouco óbvio de ser pensado... 
Na fabricação do ácido sulfúrico (H2SO4), reagem água com o trióxido de enxofre (SO3):



Disso, resulta-se o ácido sulfúrico.
Se você desidratar este ácido (retirar a molécula de água) não sobra nada mais que o trióxido de enxofre novamente:



Por isso também que é muito perigoso este gás (SO3) ir para a atmosfera... Se reagir com a água nas nuvens, teremos chuva de ácido sulfúrico, a famosa chuva ácida.