sexta-feira, 21 de novembro de 2014

A Hidratação de Anidridos anômalos
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1.      Dos anidridos

Antes de estudarmos anidridos ou os óxidos ácidos é necessário compreendermos o conceito de óxido. 

“Oxido é um composto binário onde o Oxigênio é o elemento mais eletronegativo da ligação.” 

Óxidos ácidos, por sua vez, são óxidos com tendências ácidas, ou seja, óxidos que reagem com a água formando um ácido, ou reagem com uma base produzindo sal e água. 
Alguns exemplos de óxidos ácidos são: CO2, SO2, SO3, P2O5, Cl2O6, NO2, N2O4, N2O5, etc. 
Perceba que os óxidos ácidos são formados ou por ametais ou por metais com NOx elevado. Isso se deve ao fato de que, para que um composto seja considerado um óxido ácido é necessário que, hidratado, ele forme um ácido. Como é sabido, um ácido é um composto que, em água, se dissolve gerando íons, no qual o único cátion é sempre o H+. É importante salientar que este site segue as definições de Arrhenius para funções inorgânicas, então não se espante se se deparar com outras definições para as mesmas. Dessa forma, para que essa regra seja obedecida, é necessário que os outros elementos da ligação tenham NOx elevado e um raio atômico não muito grande em relação a esse, com isso a atração entre seu núcleo e os elétrons de outros átomos será maior. Sendo assim, possuiriam a eletronegatividade necessária para que, ao reagir com água, consigam “tomar para si” o elétron do hidrogênio, tornando-se o ânion. 
Veja as reações de alguns anidridos com água, comprovando o conceito mencionado anteriormente: 

ÓXIDO + ÁGUA → ÁCIDO 

SO2(g)+ H2O(l)→ H2SO3(aq) 
SO3(g)+ H2O(l)→ H2SO4(aq) 
CO2(g)+ H2O(l)→ H2CO3(aq) 
CrO3(g)+ H2O(l)→ H2CrO4(aq) 

Vimos o conceito de oxido ácido como sendo um composto binário onde o oxigênio é o elemento mais eletronegativo e que, quando reage com água, produz um ácido. Mas podemos também fazer a operação inversa: podemos desidratar um ácido de forma a obtermos um oxido ácido. Foi a partir daí que surgiu o termoanidrido, a derivação de uma palavra grega que significa “sem água”. 
Em geral, os óxidos ácidos reagem com a água gerando apenas um novo ácido. Todavia, assim como tudo na química, temos algumas anomalias. 


2.      Das formas de anidridos duplos ou mistos

Uma dessas irregularidades são os chamados anidridos duplos ou mistos. Nessa, duas moléculas de um mesmo anidrido reagem com apenas uma molécula de água, gerando dois ácidos diferentes. Um exemplo é o anidrido nitroso-nítrico (NO2). No qual, duas moléculas de NO2 reagem com uma molécula de H2O, gerando uma molécula de HNO2(ácido nitroso) e outra molécula de HNO3(ácido nítrico). 
2NO2 +H2O → HNO2+ HNO3 
Nesse caso, o anidrido que possui o elemento diferencial com maior NOx recebe o sufixo –ICO e o com menor possui o sufixo –OSO. 
A formação de dois ácidos diferentes como produto deve-se ao fato de o átomo diferencial do anidrido ter NOx variável, mas também em virtude de que uma reação com apenas uma molécula de NO2seria inviável, pois tal não se mostra suficiente para reagir com um composto covalente de H2O e formar assim um produto mais estável.Antes de explicar como encontrar o NOx é necessário dizer o que ele é. NOx é a carga que determinado átomo recebe em uma ligação, seja ela parcial ou não. Sabemos que toda vez que um átomo perde um elétron sua carga aumenta em +1 e toda vez que ele ganha ela aumenta em -1. Essa carga está relacionada à diferença entre os prótons e os elétrons de um átomo. Em um átomo neutro temos a mesma quantidade de prótons e elétrons, assim nossa carga é nula, contudo, ao ligarmos esse átomo com um outro átomo, de elemento diferente, sua carga irá se modificar. Assim, como prótons são partículas com cargas positivas, toda vez que o átomo perde um elétron ele passa a ter a o NOx +1, pois sua carga será positiva, uma vez que ele possui um próton a mais, quando ele ganha um elétron o NOx passa a ser -1, pois possui uma carga negativa a mais. 
Estudamos que em moléculas, como no exemplo acima, não há doação de elétrons, portanto é errado dizer que o átomo perdeu ou ganhou um elétron. Contudo, aquela é uma molécula formada por mais de um elemento, de forma que um possui maior eletronegatividade em relação a outro e, portanto, possui maior capacidade de atrair elétrons. Com isso, os elétrons compartilhados ficarão mais perto do mais eletronegativo, assim podemos supor uma carga parcial para cada átomo da ligação. Atenção! É muito importante que saiba que só teremos essa suposição de cargas em compostos covalentes quando os elementos tiverem diferentes eletronegatividades. Se os elementos não possuem diferença de eletronegatividade entre si os elétrons se distribuem de forma igualitária no espaço de compartilhamento entre ambos os átomos, assim, não é possível determinar sua carga! 

Ácido nítrico: H+1N+5O3-6 

Ácido nitroso: H+1N+3O2-4 

O nitrogênio situa-se na família 5A da tabela periódica, possuindo o final da distribuição eletrônica em p3. Assim, ele compartilha esses três elétrons. Formando seu octeto e estabilizando, desse modo seu NOx será +3. Porém, o nitrogênio pode também hibridizar, gerando o orbital sp3d, no qual para se estabilizar precisará fazer mais cinco ligações para completar sua camada, assim seu NOx também poderá ser o +5. Mostraremos a representação do NOx de cada conjunto de átomos de cada elemento das duas moléculas resultantes. 
Vamos agora à explicação do que fizemos para determinar o NOx. No caso acima não o determinamos para cada átomo, mas sim o do conjunto de átomos de cada elemento presente na molécula. Na primeira molécula temos 1 átomo de hidrogênio. Como trata-se de um ácido sabemos que sua carga será positiva e como o H possui apenas um elétron na camada de valência só pode perder este, tendo sua carga +1. O oxigênio possui alta eletronegatividade, dessa forma terá carga negativa. Como ele possui 6 elétrons em sua última camada precisará de dois elétrons para completar seu octeto, possuindo então carga -2, porém, possuímos 3 átomos de oxigênio, todos com carga -2, logo, temos a carga total de todos os oxigênios como sendo -6. A carga total da molécula, ou seja, soma de todas as cargas, precisa ser igual à zero, dessa forma o NOx do N precisará ser uma carga que, quando somada as outras, dê zero. Assim temos que: 

-6 + 1 = -5 

-5 + carga total dos átomos de N = 0 

Logo: carga total dos átomos de N = +5 (na primeira molécula) 

Fazendo o mesmo processo na segunda molécula obtemos o NOx de N como +3. Isso possibilita que os produtos sejam mais estáveis que os reagentes, uma vez que todos os átomos de todas as moléculas formadas terão completado sua camada de valência. 

3.      Dos graus de hidratação dos ácidos:

Existem também os anidridos que podem ter uma hidratação crescente, isto é, podem reagir com diferentes quantidades de água produzindo diferentes ácidos. Para que isso fique mais claro explicaremos da seguinte forma: 

Ao reagir uma molécula de determinado anidrido com uma molécula de água, produziremos seu ácido correspondente. Contudo, se aumentarmos a quantidade de moléculas de água para uma mesma quantidade de moléculas de determinado anidrido, produziremos um ácido diferente do primeiro. Tenha como exemplo o óxido fosfórico (P2O5).  Ao reagirmos uma molécula de P2O5com uma de H2O, obteremos 2HPO3, ácido metafosfórico. Se dobrarmos a quantidade de água da reação obteremos como produto o H4P5O7, ácido pirofosfórico. Podemos ainda triplicar a quantidade de água inicial, resultando assim na molécula 2H3PO4, ácido ortofosfórico. 

P2O5 +H2O2HPO3                 (ácido metafosfórico) 
P2O5 +2 H2O H4P5O7               (ácido pirofosfórico) 
P2O5 +3 H2O 2H3PO4                 (ácido ortofosfórico) 

Esse prefixo relaciona-se a hidratação do ácido. O mais hidratado recebe o prefixo orto, o menos hidratado é o metafosfórico e, se houver, algum ácido com hidratação mediana entre os dois primeiros seu prefixo será o piro. À primeira vista você pode pensar que, no caso acima, o ácido mais hidratado é o H4P5O7, porém é necessário levar em consideração o resultado total da equação, não apenas uma molécula. Assim sendo, a reação do P2O5com três moléculas de água produz duas moléculas H3PO4, no qual obtemos no produto total a presença de três moléculas de água. Para visualizar isso é bem simples, como temos duas moléculas precisamos apenas dobrar a quantidade de cada átomo no composto e após isso retiramos a máxima quantidade de H2O possível, o composto que mais tiver H2O será o mais hidratado. Realizando esse processo nos três casos obtemos que o 2H3PO4é o mais hidratado, pois possui 3H2O, seguido pelo H4P5O7, que possui duas destas e por último o 2HPO3, com apenas uma molécula de água. 
O processo de retirada das moléculas de água é determinado desidratação intermolecular. 
Nesse caso é possível a formação de mais de um produto na reação entre um óxido e diferentes quantidades de água, pois, apesar de aumentarem a quantidade de átomos de O ou H, o NOx do elemento diferencial sempre será o mesmo, o que mudará será apenas a estrutura da molécula. Para que você possa entender melhor voltaremos a nossos exemplos, dando primeiro o NOx total de cada elemento e depois a fórmula estrutural de cada elemento formado. 

Ácido metafosfórico:  H+1P+5O3-6 

Ácido pirofosfórico:  H4+4P2+10O7-14 

Ácido ortofosfórico: H3+3P+5O4-8 

Realizamos o mesmo processo feito com o ácido nítrico com todas as três moléculas acima para obter seu NOx. Contudo,P pertence à família 5A da tabela periódica, possuindo o final da distribuição eletrônica em p3. A partir dos critérios de ligação covalente estudados sabemos que P só poderia fazer três ligações, completando assim seu octeto, entretanto, o P pode fugir dessa regra, estabilizando-se com 10 elétrons, para isso ele hibridiza da mesma forma que N. Estando assim, apto para realizar suas cinco ligações. Mostraremos agora a fórmula estrutural de cada molécula, pois, para que o NOx do elemento diferencial permaneça o mesmo é necessário que ela se modifique de acordo com a quantidade de átomos de cada elemento. Perceba que essa fórmula permite a estabilidade de todos os átomos.   



O fato de o P possuir o mesmo NOx nos três casos e as diferentes estruturas das moléculas faz com que todos os átomos de todas as moléculas possuam a quantidade de elétrons necessária para atingir o estado de menor energia, assim o produto torna-se mais estável que o reagente, sendo tal reação viável. 







Indicações Bibliográficas

Após cada postagem sempre deixaremos links e livros para aqueles que desejam se aprofundar mais no assunto. Quem sabe não se tornam grandes cientistas no futuro?! Então, aqui segue nossa indicação:



<http://www.brasilescola.com/quimica/grau-hidratacao-dos-acidos.htm>

 
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Sobre os autores A V03 é a turma de veteranos do curso de Eletrotécnica vespertino, do ano 2014 do Instituto Federal do Espírito Santo - IFES. Para saber mais, visite a página SOBRE

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