AS SUBSTÂNCIAS E O MEIO AMBIENTE

Chuva ácida: causa, consequências e possíveis soluções

Confira as fotografias a seguir e responda às questões 1 e 2.

O dióxido de carbono abre parênteses CO subscrito 2 fecha parênteses$\left({\text{CO}}_2\right)$ presente na atmosfera dissolve-se na água abre parênteses H subscrito 2 O fecha parênteses$\left({\text{H}}_2\text{O}\right)$ precipitada e, por se tratar de um óxido ácido, leva a chuva, a neblina ou a neve a ficar ácida. Mesmo em ambientes sem poluição, a água da chuva é levemente ácida, com p H$\text{pH}$ por volta de 5,6. Entretanto, a queima de combustíveis fósseis de veículos, indústrias e usinas termelétricas aumenta a quantidade de dióxido de carbono e outros óxidos na atmosfera, causando o aumento da acidez da chuva.

A gasolina e o óleo diesel, por exemplo, contêm enxofre abre parênteses S fecha parênteses$\left(\text{S}\right)$, que, por meio de sua combustão, transforma-se em dióxido de enxofre abre parênteses S O subscrito 2 fecha parênteses$\left({\text{SO}}_2\right)$. Na atmosfera, ele pode reagir tanto com a água, formando o ácido sulfuroso abre parênteses H subscrito 2 S O subscrito 3 fecha parênteses$\left({\text{H}}_2{\text{SO}}_3\right)$, como com o gás oxigênio abre parênteses O subscrito 2 fecha parênteses$\left({\text{O}}_2\right)$, originando o trióxido de enxofre abre parênteses S O subscrito 3 fecha parênteses$\left({\text{SO}}_3\right)$:

S O subscrito 2 abre parênteses g fecha parênteses mais H subscrito 2 O abre parênteses l fecha parênteses seta para a direita H subscrito 2 S O subscrito 3 abre parênteses a q fecha parênteses${\text{SO}}_2\left(\text{g}\right)+{\text{H}}_2\text{O}\left(\mathcal{l}\right){\to \text{H}}_2{\text{SO}}_3\left(\text{aq}\right)$

2 S O subscrito 2 abre parênteses g fecha parênteses mais O subscrito 2 abre parênteses g fecha parênteses seta para a direita 2 S O subscrito 3 abre parênteses g fecha parênteses$2{\text{SO}}_2\left(\text{g}\right)+{\text{O}}_2\left(\text{g}\right)\to 2{\text{SO}}_3\left(\text{g}\right)$

O S O subscrito 3${\text{SO}}_3$, por sua vez, pode reagir com água, formando o ácido sulfúrico abre parênteses H subscrito 2 S O subscrito 4 fecha parênteses$\left({\text{H}}_2{\text{SO}}_4\right)$.

Outras substâncias que também reagem na atmosfera, dando origem à chuva ácida, são os óxidos de nitrogênio. Leia o trecho da matéria a seguir.

O QUE é chuva ácida e o que ela faz? National Geographic, 13 dez. 2022. Disponível em: https://s.livro.pro/bqpk9y. Acesso em: 27 ago. 2024.

Professor, professora: Os óxidos de nitrogênios podem ser representados por N O X$\text{NOX}$, N O subscrito X${\text{NO}}_X$ ou N o x$\text{Nox}$. O mais utilizado é o N O subscrito X${\text{NO}}_X$ como adotado nesta obra. Enfatize que não é a mesma coisa que o N O X$\text{NOX}$ – números de oxidação, apresentado no capítulo 14, apesar de ter a mesma leitura também.

Os óxidos de nitrogênio abre parênteses N O subscrito X fecha parênteses$\left({\text{NO}}_{\mathit{X}}\right)$ podem ser formados durante a descarga elétrica em uma tempestade. A energia elétrica provoca a reação entre os gases nitrogênio abre parênteses N subscrito 2 fecha parênteses$\left({\text{N}}_2\right)$ e oxigênio, formando o monóxido de nitrogênio abre parênteses N O fecha parênteses$\left(\text{NO}\right)$.

O monóxido de nitrogênio, com o dióxido de nitrogênio abre parênteses N O subscrito 2 fecha parênteses$\left({\text{NO}}_2\right)$ liberado na queima de combustíveis fósseis, reage na atmosfera dando origem a outros ácidos, como o ácido nitroso abre parênteses H N O subscrito 2 fecha parênteses$\left({\text{HNO}}_2\right)$ e o ácido nítrico abre parênteses H N O subscrito 3 fecha parênteses$\left({\text{HNO}}_3\right)$, conforme mostram as reações a seguir.

2 N O abre parênteses g fecha parênteses mais O subscrito 2 abre parênteses g fecha parênteses seta para a direita 2 N O subscrito 2 abre parênteses g fecha parênteses$2\text{ NO}\left(\text{g}\right)+{\mathrm{\text{O}}}_2\left(\text{g}\right)\to 2{\text{NO}}_2\left(\text{g}\right)$

2 N O subscrito 2 abre parênteses g fecha parênteses mais H subscrito 2 O abre parênteses l fecha parênteses seta para a direita H N O subscrito 2 abre parênteses a q fecha parênteses mais H N O subscrito 3 abre parênteses a q fecha parênteses$2{\mathrm{\text{NO}}}_2\left(\text{g}\right)+{\text{H}}_2\text{O}\left(\mathcal{l}\right)\to {\mathrm{\text{HNO}}}_2\left(\text{aq}\right)+{\mathrm{\text{HNO}}}_3\left(\text{aq}\right)$

2 H N O subscrito 2 abre parênteses a q fecha parênteses mais O subscrito 2 abre parênteses g fecha parênteses seta para a direita 2 H N O subscrito 3 abre parênteses a q fecha parênteses$2{\mathrm{\text{HNO}}}_2\left(\text{aq}\right)+{\text{O}}_2\left(\text{g}\right)\to 2{\mathrm{\text{HNO}}}_3\left(\text{aq}\right)$

Portanto, observa-se maior acidez da chuva nas regiões onde há uma grande quantidade de indústrias e automóveis. Nesses locais, em geral, a água da chuva tem p H$\text{pH}$ por volta de 4,5. No entanto, já houve registro de p H$\text{pH}$ próximo de 2, que pode ser comparado com a acidez do suco de limão, por exemplo.

Além de danificar estátuas e construções, como mostrado na página anterior, a chuva ácida pode aumentar a acidez do solo e dos corpos de água, prejudicando os ecossistemas aquáticos e terrestres. O aumento da acidez do solo pode prejudicar o desenvolvimento das plantas. Já o aumento da acidez dos corpos de água pode aumentar a mortandade de peixes e outros seres vivos aquáticos.

Algumas definições de ácidos e bases

Professor, professora: Antes de iniciar a discussão sobre ácidos e bases de Arrhenius, revise os conceitos de íons (cátions e ânions), de substâncias iônicas e covalentes. Relembre que íons são espécies químicas com excesso ou déficit de elétrons, ânions e cátions, respectivamente.

Definições de Arrhenius

A Química, desde a sua origem, busca teorias e modelos que expliquem os comportamentos das substâncias. Como visto no capítulo 19, uma das teorias mais difundidas para classificar ácidos e bases é a de Arrhenius, proposta pelo químico sueco Svante August Arrhenius (1859-1927). Confira a seguir com essa teoria define ácido e base.

Ácido é a substância que, em água, apresenta capacidade de produzir o cátion hidrogênio abre parênteses H elevado a início expoente, mais, fim expoente fecha parênteses$\left({\text{H}}^{+}\right)$ e formar o cátion oxônio abre parênteses H subscrito 3 O sobrescrito mais fecha parênteses$\left({\text{H}}_3{\text{O}}^{+}\right)$. Os ácidos são substâncias covalentes que, em água, sofrem ionização, isto é:

Professor, professora: Equacione na lousa as reações de ionização do ácido nítrico formando os cátions e os ânions. Explique que elas são equivalentes e que ambas devem ser conhecidas, pois podem ser usadas em diferentes situações.

H N O subscrito 3 abre parênteses a q fecha parênteses seta para a direita H elevado a início expoente, mais, fim expoente abre parênteses a q fecha parênteses mais N O subscrito 3 elevado a início expoente, menos, fim expoente abre parênteses a q fecha parênteses${\text{HNO}}_3\left(\text{aq}\right)\to {\text{H}}^{\text{+}}\left(\text{aq}\right)+{{\text{NO}}_3}^{-}\left(\text{aq}\right)$

H N O subscrito 3 abre parênteses a q fecha parênteses mais H subscrito 2 O abre parênteses l fecha parênteses seta para a direita H subscrito 3 O elevado a início expoente, mais, fim expoente abre parênteses a q fecha parênteses mais N O subscrito 3 elevado a início expoente, menos, fim expoente abre parênteses a q fecha parênteses${\text{HNO}}_3\left(\text{aq}\right)+{\text{H}}_2\text{O}\left(\mathcal{l}\right)\to {\text{H}}_3{\text{O}}^{+}\left(\text{aq}\right)+{{\text{NO}}_3}^{-}\left(\text{aq}\right)$

Base é a substância que, em água, apresenta capacidade de liberar ânion hidroxila abre parênteses O H elevado a início expoente, menos, fim expoente fecha parênteses$\left({\text{OH}}^{-}\right)$. As bases são substâncias iônicas que, em água, sofrem dissociação iônica, isto é:

K O H abre parênteses s fecha parênteses expressão com detalhe acima, início da expressão, seta para a direita, fim da expressão, início do detalhe acima, H subscrito 2 O, fim do detalhe acima K elevado a início expoente, mais, fim expoente abre parênteses a q fecha parênteses mais O H elevado a início expoente, menos, fim expoente abre parênteses a q fecha parênteses$\text{KOH}\left(\text{s}\right)\stackrel{{\text{H}}_2\text{O }}{\to }{\text{K}}^{+}\left(\text{aq}\right)+{\text{OH}}^{-}\left(\text{aq}\right)$

A teoria de Arrhenius apresenta limitações, pois é restrita à classificação de soluções aquosas. A teoria ácido-base mais aceita atualmente é a proposta por Brønsted-Lowry, que envolve a liberação ou o recebimento de íons H sobrescrito mais${\text{H}}^{+}$ por parte da substância.

Definições de Brønsted-Lowry

Para suprir a limitação da definição proposta por Arrhenius, o químico dinamarquês Johannes Nicolaus Brønsted (1879-1947) e o químico inglês Thomas Martin Lowry (1874-1936) propuseram, de modo independente, uma definição mais geral de ácidos e bases. Acompanhe a seguir como essa teoria define ácido e base.

Ácido é toda espécie química capaz de ceder prótons H sobrescrito mais${\text{H}}^{+}$ em uma reação. Por exemplo, o íon H C O subscrito 3 elevado a início expoente, menos, fim expoente${{\text{HCO}}_3}^{-}$ é um ácido de Brønsted-Lowry, em que:

H C O subscrito 3 elevado a início expoente, menos, fim expoente abre parênteses a q fecha parênteses mais H subscrito 2 O abre parênteses a q fecha parênteses duas meias setas que apontam em direções opostas C O subscrito 3 elevado a início expoente, 2 menos, fim expoente abre parênteses a q fecha parênteses mais H subscrito 3 O elevado a início expoente, mais, fim expoente abre parênteses a q fecha parênteses${{\text{HCO}}_3}^{-}\left(\text{aq}\right)+{\text{H}}_2\text{O}\left(\text{aq}\right)\rightleftharpoons {{\text{CO}}_3}^{2-}\left(\text{aq}\right)+{\text{H}}_3{\text{O}}^{+}\left(\text{aq}\right)$

Base é toda espécie química capaz de receber prótons H elevado a início expoente, mais, fim expoente${\text{H}}^{\text{+}}$ em uma reação, como na reação a seguir, em que o N H subscrito 3${\text{NH}}_3$ se comporta como uma base:

N H subscrito 3 abre parênteses a q fecha parênteses mais H C l abre parênteses a q fecha parênteses duas meias setas que apontam em direções opostas N H subscrito 4 elevado a início expoente, mais, fim expoente abre parênteses a q fecha parênteses mais C l elevado a início expoente, menos, fim expoente abre parênteses a q fecha parênteses${\text{NH}}_3\left(\text{aq}\right)+\text{HC}\mathcal{l}\left(\text{aq}\right)\rightleftharpoons {{\text{NH}}_4}^{+}\left(\text{aq}\right)+\text{C}{\mathcal{l}}^{-}\left(\text{aq}\right)$

Definições de Lewis

Explique que na teoria de Brønsted-Lowry uma substância é classificada em ácido ou base de acordo com a forma como ela participa de uma reação química. Na teoria de Brønsted-Lowry não é possível classificar uma substância isoladamente como ácido ou base.

O químico estadunidense Gilbert Newton Lewis (1875-1946) propôs uma teoria para ácidos e bases ainda mais abrangente do que aquelas propostas por Arrhenius e Brønsted-Lowry. De acordo com a teoria de Lewis:

• base é toda espécie química capaz de par de elétrons;
• ácido é toda espécie química capaz de par de elétrons.

Confira o exemplo a seguir.

Na reação, a amônia abre parênteses N H subscrito 3 fecha parênteses$\left({\text{NH}}_3\right)$ cede um par de elétrons para o trifluoreto de boro abre parênteses B F subscrito 3 fecha parênteses$\left({\text{BF}}_3\right)$. Como produto, temos o trifluorborato de amônia abre parênteses B F subscrito 3 H subscrito 3 N fecha parênteses$\left({\text{BF}}_3{\text{H}}_3\text{N}\right)$, formado pelo compartilhamento de elétrons. Portanto, o N H subscrito 3${\text{NH}}_3$ é a base de Lewis, enquanto o B F subscrito 3${\text{BF}}_3$ é o ácido de Lewis.

Ácidos de Arrhenius

De acordo com Arrhenius, os ácidos são compostos moleculares que, ao reagirem com a água, sofrem ionização, formando novas espécies químicas. Nesse processo, há o rompimento de ligações covalentes e formam-se íons: cátions H sobrescrito mais${\text{H}}^{+}$ e ânions.

Nessas reações, dizemos que houve a ionização total, quando todos os átomos de hidrogênio presentes na molécula se separaram do ânion, formando cátions H sobrescrito mais${\text{H}}^{+}$. Essa ionização pode ser dividida em etapas (ionização parcial), em que um átomo de hidrogênio é ionizado a cada vez. Confira a reação de ionização do ácido sulfúrico.

Primeira ionização parcial: H subscrito 2 S O subscrito 4 abre parênteses l fecha parênteses expressão com detalhe acima, início da expressão, duas meias setas que apontam em direções opostas, fim da expressão, início do detalhe acima, H subscrito 2 O, fim do detalhe acima H elevado a início expoente, mais, fim expoente abre parênteses a q fecha parênteses mais H S O subscrito 4 elevado a início expoente, menos, fim expoente abre parênteses a q fecha parênteses${\text{H}}_2{\text{SO}}_4\left(\mathcal{l}\right)\stackrel{{\text{H}}_2\text{O}}{\rightleftharpoons }{\text{H}}^{+}\left(\text{aq}\right)+{{\text{HSO}}_4}^{-}\left(\text{aq}\right)$

Segunda ionização parcial: H S O subscrito 4 elevado a início expoente, menos, fim expoente abre parênteses a q fecha parênteses expressão com detalhe acima, início da expressão, duas meias setas que apontam em direções opostas, fim da expressão, início do detalhe acima, H subscrito 2 O, fim do detalhe acima H elevado a início expoente, mais, fim expoente abre parênteses a q fecha parênteses mais S O subscrito 4 elevado a início expoente, 2 menos, fim expoente abre parênteses a q fecha parênteses${{\text{HSO}}_4}^{-}\left(\text{aq}\right)\stackrel{{\text{H}}_2\text{O}}{\rightleftharpoons }{\text{H}}^{+}\left(\text{aq}\right)+{{\text{SO}}_4}^{2-}\left(\text{aq}\right)$

Classificação e nomenclatura dos ácidos de Arrhenius

Os ácidos podem ou não apresentar oxigênio em sua constituição. Dessa forma, eles podem ser classificados em hidrácidos (que não tem oxigênio) e oxiácidos (que tem oxigênio).

Para os hidrácidos, sua nomenclatura é dada de acordo com a seguinte regra:

Para os oxiácidos, a regra de nomenclatura é dada de acordo com o número de oxiácidos que o elemento químico central forma.

Para elementos químicos que formam apenas um oxiácido, tem-se:

Para elementos químicos que formam dois oxiácidos, tem-se:

Para elementos químicos que formam quatro oxiácidos, tem-se:

Alguns ácidos e suas aplicações

Geralmente, as pessoas associam a palavra ácido a um material perigoso. De fato, existem ácidos que podem causar queimaduras no ser humano ou danificar muitos materiais, porém alguns ácidos estão presentes em alimentos e podem ser consumidos.

Confira a seguir alguns ácidos e sua aplicabilidade no cotidiano.

1. Ácido sulfúrico abre parênteses H subscrito 2 S O subscrito 4 fecha parênteses$\left({\text{H}}_2{\text{SO}}_4\right)$: um ácido forte e corrosivo, com ação desidratante, ou seja, ele é capaz de retirar água dos materiais. Esse ácido está envolvido em vários processos industriais, como na fabricação de fertilizantes, no refino do petróleo, na produção de outros ácidos, como o ácido nítrico e o ácido fosfórico, na limpeza de metais e em baterias automotivas.

2. Ácido nítrico abre parênteses H N O subscrito 3 fecha parênteses$\left({\text{HNO}}_3\right)$: usado para produzir fertilizantes, como o nitrato de amônio abre parênteses N H subscrito 4 N O subscrito 3 fecha parênteses$\left({\text{NH}}_4{\text{NO}}_3\right)$. Além disso, participa de reações que formam o nitrato de potássio abre parênteses K N O subscrito 3 fecha parênteses$\left({\text{KNO}}_3\right)$, também chamado de salitre, que é um dos componentes da pólvora. É usado ainda como matéria-prima na fabricação de explosivos como o trinitrotolueno abre parênteses C subscrito 7 H subscrito 5 N subscrito 3 O subscrito 6 fecha parênteses$\left({\text{C}}_7{\text{H}}_5{\text{N}}_3{\text{O}}_6\right)$ e a nitroglicerina abre parênteses C subscrito 3 H subscrito 5 N subscrito 3 O subscrito 9 fecha parênteses$\left({\text{C}}_3{\text{H}}_5{\text{N}}_3{\text{O}}_9\right)$.

3. Ácido clorídrico abre parênteses H C l fecha parênteses$\left(\text{HC}\mathcal{l}\right)$: puro, ele é denominado cloreto de hidrogênio. Trata-se de um gás incolor, não inflamável, muito tóxico e corrosivo. Ao ser dissolvido em água, ele forma a solução de ácido clorídrico, a qual é incolor, tóxica e corrosiva. Esse ácido é usado nas indústrias de alimentos, corantes, tintas, couros, entre outros produtos. Vendido comercialmente como ácido muriático, é utilizado na limpeza pesada de pisos. Portanto, ao fazer uso doméstico, é necessário usar equipamentos de proteção individual (EPIs). O ácido clorídrico é um dos componentes do suco gástrico de nosso estômago, cuja ação ajuda a digerir os alimentos.

4. Ácido fosfórico abre parênteses H subscrito 3 P O subscrito 4 fecha parênteses$\left({\text{H}}_3{\text{PO}}_4\right)$: seu principal uso é na indústria alimentícia, como acidulante e conservante de refrigerantes, doces, molhos para saladas e geleias. Esse ácido também é usado na indústria farmacêutica, para obter insulina e produzir antibióticos, e na fabricação de fertilizantes, ração animal, detergentes, entre outros produtos.

5. Ácido etanoico abre parênteses C subscrito 2 H subscrito 4 O subscrito 2 fecha parênteses$\left({\text{C}}_2{\text{H}}_4{\text{O}}_2\right)$: usualmente denominado ácido acético, apesar de ser um ácido fraco (pouco ionizável), é corrosivo e produz vapores que causam irritação nos olhos, no nariz e na garganta. É muito utilizado para produzir garrafas PET, perfumes, medicamentos e seda artificial e para obter sais metálicos na fabricação de tintas e inseticidas. O vinagre é uma solução de ácido etanoico em água, tendo entre 4% e 7% de ácido em massa, sendo obtido por meio da fermentação, em que microrganismos transformam o etanol abre parênteses C subscrito 2 H subscrito 6 O fecha parênteses$\left({\text{C}}_2{\text{H}}_6\text{O}\right)$ – presente no vinho – em ácido etanoico.

Bases de Arrhenius

As bases são compostos com sabor adstringente, algo semelhante ao sabor de uma banana verde, entretanto muitas bases são tóxicas e corrosivas. Esses compostos também são denominados hidróxidos, pois apresentam o ânion hidroxila abre parênteses O H elevado a início expoente, menos, fim expoente fecha parênteses$\left({\text{OH}}^{-}\right)$, ou álcalis, palavra de origem árabe que significa cinza, pois alguns hidróxidos são encontrados em cinzas de madeira queimada.

As bases são compostos iônicos que, ao se dissolverem em água, liberam ânions hidroxila abre parênteses O H elevado a início expoente, menos, fim expoente fecha parênteses$\left({\text{OH}}^{-}\right)$ e cátions metálicos por dissociação iônica, resultando, portanto, em soluções condutoras de eletricidade. Nesse processo, quando a base entra em contato com a água, não há reação química, e sim a separação de íons preexistentes.

Na dissociação iônica em solução aquosa, formam-se o íon hidroxila abre parênteses O H elevado a início expoente, menos, fim expoente fecha parênteses$\left({\text{OH}}^{-}\right)$ e um cátion metálico. Confira os exemplos a seguir.

N a O H abre parênteses s fecha parênteses expressão com detalhe acima, início da expressão, seta para a direita, fim da expressão, início do detalhe acima, H subscrito 2 O, fim do detalhe acima N a elevado a início expoente, mais, fim expoente abre parênteses a q fecha parênteses mais O H elevado a início expoente, menos, fim expoente abre parênteses a q fecha parênteses$\text{NaOH}\left(\text{s}\right)\stackrel{{\text{H}}_2\text{O }}{\to }{\text{Na}}^{+}\left(\text{aq}\right)+{\text{OH}}^{-}\left(\text{aq}\right)$

M g abre parênteses O H fecha parênteses subscrito 2 abre parênteses s fecha parênteses expressão com detalhe acima, início da expressão, seta para a direita, fim da expressão, início do detalhe acima, H subscrito 2 O, fim do detalhe acima M g elevado a início expoente, 2 mais, fim expoente abre parênteses a q fecha parênteses mais 2 O H elevado a início expoente, menos, fim expoente abre parênteses a q fecha parênteses$\text{Mg}{\left(\text{OH}\right)}_2\left(\text{s}\right)\stackrel{{\text{H}}_2\text{O }}{\to }{\text{Mg}}^{2+}\left(\text{aq}\right)+2{\text{OH}}^{-}\left(\text{aq}\right)$

A l abre parênteses O H fecha parênteses subscrito 3 abre parênteses s fecha parênteses expressão com detalhe acima, início da expressão, seta para a direita, fim da expressão, início do detalhe acima, H subscrito 2 O, fim do detalhe acima A l elevado a início expoente, 3 mais, fim expoente abre parênteses a q fecha parênteses mais 3 O H elevado a início expoente, menos, fim expoente abre parênteses a q fecha parênteses$\text{A}\mathcal{l}{\left(\text{OH}\right)}_3\left(\text{s}\right)\stackrel{{\text{H}}_2\text{O }}{\to }{\text{A}\mathcal{l}}^{3+}\left(\text{aq}\right)+3{\text{OH}}^{-}\left(\text{aq}\right)$

As bases têm diferentes solubilidades em água. Elas costumam ser classificadas em solúveis, parcialmente solúveis e praticamente insolúveis. De modo geral, a solubilidade desses compostos depende da temperatura a que são submetidos.

A solubilidade das bases em água é determinada experimentalmente. Os resultados obtidos mostram que a solubilidade das bases formadas por metais alcalinos é maior e vai diminuindo até as bases formadas por outros metais, como representado no esquema a seguir.

bases de metais alcalinos e de amônio seta para a direita$\to$ solúveis

bases de metais alcalinoterrosos seta para a direita$\to$ parcialmente solúveis

bases de outros metais seta para a direita$\text{→}$ praticamente insolúveis

Nomenclatura das bases de Arrhenius

A nomenclatura das bases é dada de acordo com as regras a seguir.

Para bases cujos cátions apresentam carga fixa, tem-se:

Para bases cujos cátions apresentam carga variável, indica-se ao final do nome entre parênteses o valor da carga do cátion em algarismo romano.

Podem ser escritos também substituindo o valor da carga pelos sufixos ico ou oso.

Algumas bases e suas aplicações

Assim como os ácidos, as bases têm importantes aplicações no cotidiano. Por meio dos componentes básicos, também denominados alcalinos, são produzidos vários materiais para diversas finalidades, como sabão, medicamentos e papel. Algumas das principais bases e suas utilizações são listadas a seguir.

1. Hidróxido de sódio abre parênteses N a O H fecha parênteses$\left(\text{NaOH}\right)$: recebe o nome comercial de soda cáustica. É um sólido branco, corrosivo, tóxico e solúvel em água. Para manipulá-la, é necessário usar EPIs, pois seu contato com a pele pode causar queimaduras severas. O hidróxido de sódio é muito utilizado na fabricação de sabão, papel, seda artificial, celofane, entre outros produtos, e na purificação de óleos vegetais e derivados do petróleo.

2. Hidróxido de potássio abre parênteses K O H fecha parênteses$\left(\text{KOH}\right)$: também conhecido como potassa cáustica, trata-se de um sólido branco, relativamente translúcido, tóxico e corrosivo. É utilizado na produção de sais de potássio, como o carbonato, o cianeto, o permanganato, os fosfatos e os vários silicatos. Muitas vezes, substitui o hidróxido de sódio na produção de sabões, pois requer menos água para ser liquefeito, resultando em um produto mais concentrado em relação ao agente de limpeza.

3. Hidróxido de cálcio abre parênteses C a abre parênteses O H fecha parênteses subscrito 2 fecha parênteses$\left(\text{Ca}{\left(\text{OH}\right)}_2\right)$: conhecido como cal hidratada, cal extinta ou cal apagada. Esses nomes provêm de seu método de preparação, que é por hidratação do óxido de cálcio abre parênteses C a O fecha parênteses$\left(\text{CaO}\right)$, denominado cal viva ou cal virgem. Esse material é usado na construção civil para preparar argamassa e na pintura de paredes (caiação^✚). Suas propriedades antibacterianas ajudam a combater o mofo e impedem a infestação por insetos, sendo utilizado para proteger troncos de árvores. Por ter um custo bem mais baixo que as tintas, a caiação acaba sendo usada em guias de calçadas, postes e muros residenciais externos. O hidróxido de cálcio é usado também na agricultura, como inseticida e fungicida, no tratamento (purificação) de águas e esgotos, nas indústrias de couro e alimentos, no refino do açúcar e na odontologia.

4. Hidróxido de amônio abre parênteses N H subscrito 4 O H fecha parênteses$\left({\text{NH}}_4\text{OH}\right)$: também conhecido como amoníaco, esse hidróxido não existe de forma pura, apenas em solução aquosa de amônia abre parênteses N H subscrito 3 fecha parênteses$\left({\text{NH}}_3\right)$, isto é:

N H subscrito 3 abre parênteses g fecha parênteses mais H subscrito 2 O abre parênteses l fecha parênteses seta para a direita N H subscrito 4 O H abre parênteses a q fecha parênteses${\text{NH}}_3\left(\text{g}\right)+{\text{H}}_2\text{O}\left(\mathcal{l}\right)\to {\text{NH}}_4\text{OH}\left(\text{aq}\right)$

Soluções de hidróxido de amônio são utilizadas na fabricação de produtos têxteis, produtos farmacêuticos, papel, borracha, detergentes, tintas, fertilizantes, couro e outros produtos químicos. É um composto que provoca queimaduras, dano aos olhos e irritação nas vias respiratórias. Portanto, para manuseá-lo, deve-se usar EPIs.

Sais de Arrhenius

Um dos principais problemas enfrentados pelos agricultores brasileiros é a acidez do solo. A maioria das terras agricultáveis do país são ácidas, prejudicando o desenvolvimento de algumas culturas. Para não comprometer a produção, um dos processos mais usados para neutralizar a acidez do solo é a adição de carbonato de cálcio abre parênteses C a C O subscrito 3 fecha parênteses$\left({\text{CaCO}}_3\right)$ nele, um processo denominado calagem. A correção da acidez do solo pela aplicação do C a C O subscrito 3${\text{CaCO}}_3$ é possível por causa do caráter básico que essa substância apresenta em meio aquoso, formando íons O H elevado a início expoente, menos, fim expoente${\text{OH}}^{-}$:

C a C O subscrito 3 abre parênteses s fecha parênteses expressão com detalhe acima, início da expressão, seta para a direita, fim da expressão, início do detalhe acima, H subscrito 2 O, fim do detalhe acima C a elevado a início expoente, 2 mais, fim expoente abre parênteses a q fecha parênteses mais C O subscrito 3 elevado a início expoente, 2 menos, fim expoente abre parênteses a q fecha parênteses${\text{CaCO}}_3\left(\text{s}\right)\stackrel{{\text{H}}_2\text{O}}{\to }{\text{Ca}}^{2+}\left(\text{aq}\right)+{{\text{CO}}_3}^{2-}\left(\text{aq}\right)$

C O subscrito 3 elevado a início expoente, 2 menos, fim expoente abre parênteses a q fecha parênteses mais H subscrito 2 O abre parênteses l fecha parênteses duas meias setas que apontam em direções opostas H C O subscrito 3 elevado a início expoente, menos, fim expoente abre parênteses a q fecha parênteses mais O H elevado a início expoente, menos, fim expoente abre parênteses a q fecha parênteses${{\text{CO}}_3}^{2-}\left(\text{aq}\right)+{\text{H}}_2\text{O}\left(\mathcal{l}\right)\rightleftharpoons {{\text{HCO}}_3}^{-}\left(\text{aq}\right)+{\text{OH}}^{-}\left(\text{aq}\right)$

Sendo o principal componente do calcário, um tipo de rocha sedimentar usada na produção do corretivo agrícola, o carbonato de cálcio pode ser classificado como sal segundo as definições de Arrhenius. Além de diminuir a acidez, o calcário fornece cálcio e magnésio ao solo, nutrientes essenciais para as plantas. O cálcio, por exemplo, estimula o crescimento das raízes, facilitando a absorção da água e dos nutrientes do solo e auxiliando a planta na tolerância à seca.

A formação de um sal, tal como o C a C O subscrito 3${\text{CaCO}}_3$, ocorre, em geral, quando uma solução aquosa de uma base reage com uma solução aquosa de um ácido. A reação entre uma base e um ácido, que produz sal e água, é denominada reação de neutralização.

O cloreto de sódio abre parênteses N aC l fecha parênteses$\left(\text{NaC}\mathcal{l}\right)$, principal constituinte do sal de cozinha, pode ser formado pela reação química de neutralização entre o ácido clorídrico e o hidróxido de sódio:

H C l abre parênteses a q fecha parênteses mais N a O H abre parênteses a q fecha parênteses seta para a direita N a C l abre parênteses a q fecha parênteses mais H subscrito 2 O abre parênteses l fecha parênteses$\text{HC}\mathcal{l}\left(\text{aq}\right)+\text{NaOH}\left(\text{aq}\right)\to \text{NaC}\mathcal{l}\left(\text{aq}\right)+{\text{H}}_2\text{O}\left(\mathcal{l}\right)$

Outro exemplo de reação de neutralização é a aplicada na extração do pigmento utilizado para confirmar a autenticidade de obras de arte. As tintas que os artistas usavam em suas pinturas costumavam ser compostas de substâncias que se deterioram com a ação da luz ao longo do tempo, o que dificulta sua identificação atualmente. Contudo, pesquisadores da National Gallery de Londres, da Escola de Química de Edimburgo, na Escócia, e outras instituições, descobriram que um dos componentes de um pigmento à base de pau-brasil (Paubrasilia echinata) é estável e resistente à luz, podendo ser usado como indicador da autenticidade de obras, uma vez que estava em muitas das tintas usadas por artistas como Rafael, Rembrandt, Pietro de Cortona e Van Gogh.

Esse componente, chamado urolitina C, é extraído da tintura de pau-brasil por meio de uma reação de neutralização. Note que na estrutura há a função orgânica fenol, a qual é considerada um ácido orgânico fraco, que possui hidrogênios ionizáveis, e estes reagem com o carbonato de cálcio em solução, pois é um sal básico.

Classificação dos sais de Arrhenius

Como visto no capítulo 20, as soluções aquosas de sais podem ter caráter ácido, neutro ou básico, de acordo com a força do ácido e da base que as formam. Acompanhe a seguir as diferentes formas de classificar os sais.

Sais neutros: têm cátions de bases fortes e ânions de ácidos fortes ou, ainda, cátions de bases fracas e ânions de ácidos fracos. Por exemplo, o nitrato de potássio abre parênteses K N O subscrito 3 fecha parênteses$\left(\text{KN}{\text{O}}_3\right)$ em água forma solução de caráter neutro:

H N O subscrito 3 abre parênteses a q fecha parênteses mais K O H abre parênteses a q fecha parênteses seta para a direita K N O subscrito 3 abre parênteses a q fecha parênteses mais H subscrito 2 O abre parênteses l fecha parênteses${\text{HNO}}_3\left(\text{aq}\right)+\text{KOH}\left(\text{aq}\right)\to {\text{KNO}}_3\left(\text{aq}\right)+{\text{H}}_2\text{O}\left(\mathcal{l}\right)$

Sais ácidos: têm cátions de bases fracas e ânions de ácidos fortes, como o cloreto de amônio abre parênteses N H subscrito 4 C l fecha parênteses$\left({\text{NH}}_4\text{C}\mathcal{l}\right)$:

H C l abre parênteses a q fecha parênteses mais N H subscrito 4 O H abre parênteses a q fecha parênteses seta para a direita N H subscrito 4 C l abre parênteses a q fecha parênteses mais H subscrito 2 O abre parênteses l fecha parênteses$\text{HC}\mathcal{l}\left(\text{aq}\right)+{\text{NH}}_4\text{OH}\left(\text{aq}\right)\to {\text{NH}}_4\text{C}\mathcal{l}\left(\text{aq}\right)+{\text{H}}_2\text{O}\left(\mathcal{l}\right)$

Sais básicos: têm cátions de bases fortes e ânions de ácidos fracos, como o carbonato de cálcio abre parênteses C a C O subscrito 3 fecha parênteses$\left({\text{CaCO}}_3\right)$:

H subscrito 2 C O subscrito 3 abre parênteses a q fecha parênteses mais C a abre parênteses O H fecha parênteses subscrito 2 abre parênteses a q fecha parênteses seta para a direita C a C O subscrito 3 abre parênteses a q fecha parênteses mais 2 H subscrito 2 O abre parênteses l fecha parênteses${\text{H}}_2{\text{CO}}_3\left(\text{aq}\right)+\text{Ca}{\left(\text{OH}\right)}_2\left(\text{aq}\right)\to {\text{CaCO}}_3\left(\text{aq}\right)+2{\text{ H}}_2\text{O}\left(\mathcal{l}\right)$

Sais mistos: também denominados de sais duplos, são derivados de dois ácidos ou de duas bases diferentes. Por exemplo, o sulfato duplo de sódio e potássio abre parênteses K N a S O subscrito 4 fecha parênteses$\left({\text{KNaSO}}_4\right)$ é derivado de duas bases e um ácido. No entanto, o cloreto brometo de cálcio abre parênteses C a B r C l fecha parênteses$\left(\text{CaBrC}\mathcal{l}\right)$ é derivado de uma base e de dois ácidos.

Sais hidratados: cristalizam com uma ou mais moléculas de água em seu retículo cristalino. Por exemplo, o sulfato de cobre(II) penta-hidratado abre parênteses C u S O subscrito 4 vezes 5 H subscrito 2 O fecha parênteses$\left({\text{CuSO}}_4\mathbf{·}5{\text{H}}_2\text{O}\right)$ tem cinco moléculas de água em sua estrutura cristalina. A água presente em sais é chamada água de hidratação. O sulfato de cobre(II) penta-hidratado tem a coloração azul. No entanto, ao ser aquecido, ele perde a água de hidratação e transforma-se em sulfato de cobre(II) anidro abre parênteses C u S O subscrito 4 fecha parênteses$\left({\text{CuSO}}_4\right)$, que tem cor branca, como mostra a fotografia.

Nomenclatura dos sais de Arrhenius

Como estudamos, os sais podem ser obtidos por reações de neutralização, em que o seu ânion é obtido do ácido. O nome do ânion é proveniente do respectivo ácido, substituindo seu sufixo conforme o quadro a seguir.

Confira os nomes de alguns ânions com base nos ácidos que os originam.

Como os sais são formados por cátions (da base) e ânions (do ácido), geralmente os nomes de seus íons formadores compõem sua nomenclatura, em que:

Por exemplo, o cloreto de potássio abre parênteses K C l fecha parênteses$\left(\text{KC}\mathcal{l}\right)$ tem o ânion cloreto formado por meio do ácido clorídrico; o nitrato de alumínio abre parênteses A l abre parênteses N O subscrito 3 fecha parênteses subscrito 3 fecha parênteses$\left(\text{A}\mathcal{l}{\left({\text{NO}}_3\right)}_3\right)$ tem o ânion nitrato formado por meio do ácido nítrico; e o sulfito de cálcio abre parênteses C a S O subscrito 3 fecha parênteses$\left({\text{CaSO}}_3\right)$ tem o ânion sulfito formado por meio do ácido sulfuroso.

Alguns sais e suas aplicações

1. Cloreto de sódio abre parênteses N aC l fecha parênteses$\left(\text{NaC}\mathcal{l}\right)$: comumente usado para salgar a comida e conservar alimentos, como carnes e pescados. Está presente no soro fisiológico, com uma concentração de 0,9% em massa. É utilizado também como matéria-prima na indústria para obter gás cloro abre parênteses C l subscrito 2 fecha parênteses$\left(\text{C}{\mathcal{l}}_2\right)$, na produção de hidróxido de sódio, na manufatura do papel e na produção de detergentes e sabões.

2. Hipoclorito de sódio abre parênteses N a C l O fecha parênteses$\left(\text{NaC}\mathcal{l}\text{O}\right)$: é agente alvejante nas indústrias de papel e têxtil. Tem a função de antisséptico no tratamento da água, pois o cloro em sua composição inibe a multiplicação e a proliferação de microrganismos. É um dos componentes da água sanitária destinada à higienização e à desinfecção.

3. Fluoreto de sódio abre parênteses N a F fecha parênteses$\left(\text{NaF}\right)$: utilizado na fabricação de cremes dentais e colutórios (enxaguadores bucais), pois inibe a desmineralização dos dentes, diminuindo a suscetibilidade a cáries. Também é usado na fluoretação de água potável.

4. Carbonato de cálcio abre parênteses C a C O subscrito 3 fecha parênteses$\left({\text{CaCO}}_3\right)$: utilizado na correção da acidez do solo e como fertilizante mineral. Também é usado como matéria-prima na indústria de materiais de construção (fabricação de cimento e cal); na indústria do aço; como agente abrasivo e polidor em cremes dentais; e como pigmento na fabricação de tintas, carpetes e vidros.

5. Sulfato de cálcio abre parênteses C a S O subscrito 4 fecha parênteses$\left({\text{CaSO}}_4\right)$: utilizado na produção de fertilizantes agrícolas, cimento, giz escolar, vidros e esmaltes. Sua forma hidratada abre parênteses C a S O subscrito 4 vezes 2 H subscrito 2 O fecha parênteses$\left({\text{CaSO}}_4\mathbf{·}2{\text{H}}_2\text{O}\right)$ é usada na produção do gesso, aplicado na construção civil, além de atuar como imobilizador na ortopedia graças à sua capacidade de endurecimento rápido.

6. Hidrogenocarbonato de sódio abre parênteses N a H C O subscrito 3 fecha parênteses$\left({\text{NaHCO}}_3\right)$: utilizado como antiácido estomacal por suas características básicas. Além disso, é um dos componentes do fermento químico culinário, é usado como componente dos talcos desodorantes e está presente em extintores de pó químico seco e de espuma química.

7. Sulfato de magnésio abre parênteses M g S O subscrito 4 fecha parênteses$\left({\text{MgSO}}_4\right)$: utilizado na fabricação de tintas e sabões; tem ação laxativa, conhecido como sal de Epsom; usado em sais de banho para reduzir dores nas pernas, nas costas e nos pés e para aliviar a tensão muscular; acelera a cicatrização de cortes.

8. Nitrato de amônio abre parênteses N H subscrito 4 N O subscrito 3 fecha parênteses$\left({\text{NH}}_4{\text{NO}}_3\right)$: usado como fertilizante (por causa da alta porcentagem de nitrogênio), na produção de explosivos e na produção de óxido nitroso abre parênteses N subscrito 2 O fecha parênteses$\left({\text{N}}_2\text{O}\right)$ por meio da decomposição térmica do nitrato de amônio. O óxido nitroso pode ser utilizado como anestésico.

N H subscrito 4 N O subscrito 3 abre parênteses s fecha parênteses expressão com detalhe acima, início da expressão, seta para a direita, fim da expressão, início do detalhe acima, delta, fim do detalhe acima N subscrito 2 O abre parênteses g fecha parênteses mais 2 H subscrito 2 O abre parênteses g fecha parênteses$\text{N}{\text{H}}_4\text{N}{\text{O}}_3\left(\text{s}\right)\stackrel{\mathrm{\Delta }}{\to }{\text{N}}_2\text{O}\left(\text{g}\right)+2{\text{H}}_2\text{O}\left(\text{g}\right)$

Óxidos

Os corais formam um ecossistema marinho que apresenta grande biodiversidade. Além de proporcionarem abrigo e alimento para a maioria dos seres que nele vivem, os corais filtram a água do mar e, durante esse processo, absorvem os nutrientes de que necessitam para se desenvolverem. De acordo com dados do Ministério do Meio Ambiente, cerca de 65% dos peixes marinhos vivem em recifes de corais, assim como vários moluscos, algas e crustáceos.

No entanto, tem sido observado nas últimas décadas o branqueamento dos corais, um processo que pode causar a morte deles.

Palythoa caribaeorum: pode atingir aproximadamente 15 milímetros$15\text{ mm}$ de diâmetro.

O aumento da temperatura dos oceanos, resultante, principalmente, da intensificação do efeito estufa, é a principal causa do branqueamento dos corais. O efeito estufa é um processo em que parte do calor proveniente do Sol fica retida na atmosfera, aumentando a temperatura do planeta. Esse processo é necessário para manter a temperatura em uma faixa adequada à manutenção da vida. No entanto, a intensificação desse efeito tem causado o aumento da temperatura média do planeta, trazendo várias consequências prejudiciais aos seres vivos, que incluem o branqueamento dos corais.

1. Os corais têm uma relação simbiótica com algas microscópicas chamadas zooxantelas, que vivem em seus tecidos. Essas algas realizam fotossíntese e fornecem nutrientes aos corais, além de darem a eles sua cor característica.

2. Sob condições adversas do ambiente, como aumento da temperatura e presença de poluentes nas águas dos oceanos, os corais expulsam as algas de seus tecidos.

3. Sem as algas, o coral perde sua principal fonte de alimento e pode ficar mais suscetível a doenças. Além disso, ele fica com uma coloração branca.

Imagem elaborada com base em: WHAT is coral bleaching? National Ocean Service. Disponível em: https://s.livro.pro/uz7w0u. Acesso em: 29 ago. 2024.

Entre os gases responsáveis tanto pelo efeito estufa natural como pela sua intensificação estão o dióxido de carbono abre parênteses C O subscrito 2 fecha parênteses$\left({\mathrm{\text{CO}}}_2\right)$ e o dióxido de nitrogênio abre parênteses N O subscrito 2 fecha parênteses$\left({\mathrm{\text{NO}}}_2\right)$. Esses dois compostos pertencem a um grupo de substâncias denominadas óxidos e são formados principalmente pela queima (oxidação) de matéria orgânica.

Características dos óxidos

Óxido é um composto binário (formado por dois elementos químicos), em que o oxigênio abre parênteses O fecha parênteses$\left(\mathrm{\text{O}}\right)$ é o elemento mais eletronegativo. O único elemento químico mais eletronegativo do que o oxigênio é o flúor abre parênteses F fecha parênteses$\left(\text{F}\right)$. Portanto, o difluoreto de oxigênio abre parênteses O F subscrito 2 fecha parênteses$\left(\text{O}{\text{F}}_2\right)$ e o difluoreto de dioxigênio abre parênteses O subscrito 2 F subscrito 2 fecha parênteses$\left({\text{O}}_2{\text{F}}_2\right)$ são os únicos compostos binários oxigenados que não são óxidos. Além do C O subscrito 2${\mathrm{\text{CO}}}_2$, o monóxido de carbono abre parênteses C O fecha parênteses$\left(\text{CO}\right)$, o dióxido de enxofre abre parênteses S O subscrito 2 fecha parênteses$\left({\mathrm{\text{SO}}}_2\right)$, o óxido de alumínio abre parênteses A l subscrito 2 O subscrito 3 fecha parênteses$\left(\text{A}{\mathcal{l}}_2{\text{O}}_3\right)$ e o óxido de cálcio abre parênteses C a O fecha parênteses$\left(\text{CaO}\right)$ também são exemplos de óxidos.

As fotografias a seguir apresentam alguns exemplos de minérios que possuem em maior parte óxidos iônicos.

Classificação dos óxidos

Os óxidos podem ser classificados de acordo com suas ligações químicas e suas propriedades. Confira a seguir a classificação quanto ao elemento químico que está ligado ao oxigênio.

Óxidos moleculares: quando o oxigênio forma ligações covalentes com os elementos químicos não metálicos. Exemplos: monóxido de nitrogênio abre parênteses N O fecha parênteses$\left(\text{NO}\right)$, dióxido de carbono abre parênteses C O subscrito 2 fecha parênteses$\left(\text{C}{\text{O}}_2\right)$ e trióxido de enxofre abre parênteses S O subscrito 3 fecha parênteses$\left(\text{S}{\text{O}}_3\right)$.

Óxidos iônicos: quando o oxigênio forma ligações iônicas com elementos químicos metálicos. Exemplos: óxido de cálcio abre parênteses C a O fecha parênteses$\left(\text{CaO}\right)$, óxido de zinco abre parênteses Z n O fecha parênteses$\left(\text{ZnO}\right)$ e trióxido de diferro abre parênteses F e subscrito 2 O subscrito 3 fecha parênteses$\left({\mathrm{\text{Fe}}}_2{\mathrm{\text{O}}}_3\right)$.

Agora, confira a classificação quanto às propriedades.

Óxidos básicos: são óxidos iônicos geralmente formados por elementos químicos de baixa eletronegatividade (metais alcalinos e alcalinoterrosos). Quando são dissolvidos em água, reagem e formam soluções básicas. Exemplos: óxido de sódio abre parênteses N a subscrito 2 O fecha parênteses$\left({\text{Na}}_2\text{O}\right)$, óxido de magnésio abre parênteses M g O fecha parênteses$\left(\mathrm{\text{MgO}}\right)$ e óxido de cálcio abre parênteses C a O fecha parênteses$\left(\mathrm{\text{CaO}}\right)$.

Óxidos ácidos: também chamados de anidridos, são óxidos moleculares, em geral, formados por elementos químicos de alta eletronegatividade (não metais). Quando são dissolvidos em água, reagem e formam soluções ácidas. Exemplos: dióxido de carbono abre parênteses C O subscrito 2 fecha parênteses$\left({\mathrm{\text{CO}}}_2\right)$, dióxido de nitrogênio abre parênteses N O subscrito 2 fecha parênteses$\left({\mathrm{\text{NO}}}_2\right)$, pentóxido de difósforo abre parênteses P subscrito 2 O subscrito 5 fecha parênteses$\left({\mathrm{\text{P}}}_2{\mathrm{\text{O}}}_5\right)$ e trióxido de enxofre abre parênteses S O subscrito 3 fecha parênteses$\left({\mathrm{\text{SO}}}_3\right)$.

Óxidos neutros: são óxidos moleculares formados por não metais que não reagem com água, assim não formam soluções ácidas ou básicas. Exemplos: monóxido de carbono abre parênteses CO fecha parênteses$\left(\mathrm{\text{CO}}\right)$, monóxido de nitrogênio abre parênteses N O fecha parênteses$\left(\mathrm{\text{NO}}\right)$ e monóxido de dinitrogênio abre parênteses N subscrito 2 O fecha parênteses$\left({\mathrm{\text{N}}}_2\mathrm{\text{O}}\right)$.

Óxidos anfóteros: são óxidos com caráter intermediário entre o iônico e o molecular, formados por metais e não metais de eletronegatividade média. Podem se comportar como ácidos ou bases, dependendo do meio. Exemplos: óxido de zinco abre parênteses Z n O fecha parênteses$\left(\mathrm{\text{ZnO}}\right)$, óxido de alumínio abre parênteses A l subscrito 2 O subscrito 3 fecha parênteses$\left(\mathrm{\text{A}}{\mathcal{l}}_2{\mathrm{\text{O}}}_3\right)$, monóxido de chumbo abre parênteses P b O fecha parênteses$\left(\mathrm{\text{PbO}}\right)$, dióxido de chumbo abre parênteses P b O subscrito 2 fecha parênteses$\left({\mathrm{\text{PbO}}}_2\right)$, dióxido de estanho abre parênteses S n O subscrito 2 fecha parênteses$\left({\mathrm{\text{SnO}}}_2\right)$ e trióxido de diarsênio abre parênteses A s subscrito 2 O subscrito 3 fecha parênteses$\left({\mathrm{\text{As}}}_2{\mathrm{\text{O}}}_3\right)$.

Óxidos mistos: também chamados de óxidos duplos, resultam da combinação de dois óxidos distintos de um mesmo elemento químico. Exemplos:

• F e O mais subscrito 2 O subscrito 3 seta para a direita F e subscrito 3 O subscrito 4$\mathrm{\text{FeO}}+{\mathrm{\text{Fe}}}_2{\mathrm{\text{O}}}_3\to {\mathrm{\text{Fe}}}_3{\mathrm{\text{O}}}_4$ (magnetita)
• 2 P b O mais P b O subscrito 2 seta para a direita P b subscrito 3 O subscrito 4$2\text{ PbO}+{\mathrm{\text{PbO}}}_2\to {\mathrm{\text{Pb}}}_3{\mathrm{\text{O}}}_4$ (zarcão)

Peróxidos: são óxidos que têm em sua estrutura o grupo O subscrito 2 elevado a início expoente, 2 menos, fim expoente${{\mathrm{\text{O}}}_2}^{2\mathrm{–}}$. Os peróxidos mais comuns são formados de metais alcalinos, alcalinoterrosos e hidrogênio abre parênteses H fecha parênteses$\left(\text{H}\right)$. Exemplos: peróxido de sódio abre parênteses N a subscrito 2 O subscrito 2 fecha parênteses$\left({\mathrm{\text{Na}}}_2{\mathrm{\text{O}}}_2\right)$, peróxido de cálcio abre parênteses C a O subscrito 2 fecha parênteses$\left({\mathrm{\text{CaO}}}_2\right)$ e peróxido de hidrogênio abre parênteses H subscrito 2 O subscrito 2 fecha parênteses$\left({\text{H}}_2{\text{O}}_2\right)$.

Superóxidos: são óxidos que contêm o íon superóxido, O subscrito 2 elevado a início expoente, menos, fim expoente${{\mathrm{\text{O}}}_2}^{\mathrm{–}}$, no qual o oxigênio tem número de oxidação menos 1 barra 2$\mathrm{–}1/2$. Eles são normalmente formados por metais facilmente oxidáveis, como K$\mathrm{\text{K}}$, R b$\mathrm{\text{Rb}}$ e C s$\mathrm{\text{Cs}}$. Exemplos: superóxido de potássio abre parênteses K O subscrito 2 fecha parênteses$\left(\mathrm{\text{K}}{\mathrm{\text{O}}}_2\right)$ e superóxido de césio abre parênteses C s O subscrito 2 fecha parênteses$\left(\mathrm{\text{Cs}}{\mathrm{\text{O}}}_2\right)$.

Nomenclatura dos óxidos

A nomenclatura dos óxidos é dada por:

Os prefixos referem-se à quantidade de átomos de cada elemento químico, observe o quadro a seguir.

Professor, professora: Explique aos estudantes que o uso do prefixo mono é opcional, por isso o C O$\mathrm{\text{CO}}$ e o S O subscrito 3${\mathrm{\text{SO}}}_3$ têm duas possibilidades para seus nomes: monóxido de monocarbono ou monóxido de carbono e trióxido de monoenxofre ou trióxido de enxofre, respectivamente.

Confira alguns exemplos:

• C O$\mathrm{\text{CO}}$: monóxido de monocarbono ou monóxido de carbono
• N subscrito 2 O subscrito 3${\mathrm{\text{N}}}_2{\mathrm{\text{O}}}_3$: trióxido de dinitrogênio
• S O subscrito 3${\mathrm{\text{SO}}}_3$: trióxido de monoenxofre ou trióxido de enxofre
• C l subscrito 2 O subscrito 7$\mathrm{\text{C}}{\mathcal{l}}_2{\mathrm{\text{O}}}_7$: heptóxido de dicloro
• N i subscrito 2 O subscrito 3${\mathrm{\text{Ni}}}_2{\mathrm{\text{O}}}_3$: trióxido de diníquel

Além da nomenclatura oficial, há outra nomenclatura que costuma ser utilizada em óxidos. Ela se baseia na carga do elemento químico que forma o óxido.

Para elementos químicos com carga fixa, tem-se:

Para elementos químicos com carga variável, indica-se, ao final do nome e entre parênteses, o valor da carga em algarismo romano.

Podem ser escritos também substituindo o valor da carga pelos sufixos ico ou oso:

Principais óxidos e suas aplicações

1. Dióxido de carbono abre parênteses C O subscrito 2 fecha parênteses$\left({\mathrm{\text{CO}}}_2\right)$: conhecido também como gás carbônico, é utilizado em águas minerais com gás e em outras bebidas gaseificadas. Abaixo de menos 78 graus Celsius$-78°\text{C}$, em pressão ambiente, é um sólido denominado gelo-seco. É utilizado em alguns tipos de extintor de incêndio.

2. Trióxido de dicrômio abre parênteses C r subscrito 2 O subscrito 3 fecha parênteses$\left({\text{Cr}}_2{\text{O}}_3\right)$: o cromo é utilizado na indústria do aço inoxidável para aumentar sua resistência à oxidação e corrosão. Isso se deve à formação de uma película finíssima de óxido de cromo sobre a superfície do aço.

3. Óxido de cálcio abre parênteses C a O fecha parênteses$\left(\text{CaO}\right)$: em geral, é obtido da decomposição (pirólise) do carbonato de cálcio abre parênteses C a C O subscrito 3 fecha parênteses$\left({\mathrm{\text{CaCO}}}_3\right)$. É utilizado na fabricação da cal hidratada para a construção civil (usada na argamassa e na pintura à base de cal, ou caiação), na agricultura (para tornar o solo menos ácido), na fabricação de tijolos refratários para fornos metalúrgicos, no tratamento de águas e esgotos e como fungicida, por exemplo.

4. Óxido nitroso abre parênteses N subscrito 2 O fecha parênteses$\left({\text{N}}_2\text{O}\right)$: também chamado gás hilariante ou gás do riso, se for inalado em pequena quantidade, provoca euforia. Também pode ser utilizado como anestésico.

Taxa média de uma reação química

Confira a seguir as imagens obtidas por satélite. Elas mostram o buraco na camada de ozônio abre parênteses O subscrito 3 fecha parênteses$\left({\text{O}}_3\right)$ na região da Antártida, no hemisfério Sul da Terra, no mês de setembro de diferentes anos. Depois, responda às questões propostas.

Professor, professora: Informações sobre a relação das cores nas imagens com a unidade Dobson nas Orientações para o professor.

Ao refletir sobre as questões anteriores, você deve ter percebido que, apesar de o buraco na camada de ozônio aumentar progressivamente durante alguns anos, em 2023 não houve um aumento expressivo. Essa conservação é resultado, em parte, do Protocolo de Montreal.

O gás ozônio é um dos componentes da atmosfera terrestre, sendo formado e degradado naturalmente. As reações químicas que descrevem sua formação (A) e sua decomposição (B) estão representadas a seguir de modo simplificado, sendo denominadas como ciclo de Chapman.

Repare que, para ocorrerem essas reações químicas, são necessários gás oxigênio abre parênteses O subscrito 2 fecha parênteses$\left({\text{O}}_2\right)$ e incidência de radiação ultravioleta (UV). Essa radiação tem energia suficiente para romper a ligação entre dois átomos na molécula de oxigênio, gerando radicais^✚ oxigênio abre parênteses O vezes fecha parênteses$\left(\text{O}\mathbf{·}\right)$ capazes de reagir com outra molécula de gás oxigênio.

Na estratosfera, essas reações são favorecidas por causa da alta incidência de radiação ultravioleta. Já na troposfera, o gás ozônio pode ser produzido por meio de processos de decomposição de poluentes liberados na queima de combustíveis fósseis, como os óxidos de nitrogênio e os hidrocarbonetos. Ao contrário da proteção fornecida pela camada de ozônio, a presença desse gás próximo à superfície da Terra pode causar irritação nas vias aéreas e nos olhos, sendo um risco à saúde humana.

Apesar da sua denominação, o buraco na camada de ozônio não é efetivamente um buraco, mas uma redução na espessura dessa camada. Esse fenômeno ocorre naturalmente todos os anos, durante a primavera no hemisfério Sul, quando as condições atmosféricas são favoráveis à reação de consumo de gás ozônio para formação de oxigênio molecular, o que diminui a concentração de gás ozônio na região da Antártida.

Embora seja um fenômeno natural, as atividades antrópicas, mais especificamente os gases liberados por elas, aceleram esse processo, ou seja, favorecem a reação de decomposição do ozônio, causando um desequilíbrio entre sua formação e decomposição.

Afinal, o que queremos dizer com acelerar o processo de consumo de gás ozônio? Para responder a essa pergunta, precisamos compreender os conceitos relacionados à Cinética química, que estuda as taxas das reações químicas. Confira o gráfico a seguir.

Professor, professora: Oriente os estudantes a generalizar as fórmulas de taxas médias de consumo e de produção de reagentes e a taxa média de reação, e aplicar a generalização à reação de consumo de gás ozônio: 2 O subscrito 3 abre parênteses g fecha parênteses seta para a direita 3 O subscrito 2 abre parênteses g fecha parênteses$2{\text{O}}_3\left(\text{g}\right)\to 3{\text{O}}_2\left(\text{g}\right)$.

Variação da concentração de amônia abre parênteses N H subscrito 3 fecha parênteses$\mathbf{\left(}{\mathbf{\text{NH}}}_{\mathbf{3}}\mathbf{\right)}$ em função do tempo

Fonte de pesquisa: ATKINS, Peter; JONES, Loretta; LAVERMAN, Leroy. Princípios de química: questionando a vida moderna e o meio ambiente. 7. ed. Porto Alegre: Bookman, 2018. p. 397.

Analisando o gráfico, note que a concentração do reagente abre parênteses N H subscrito 3 fecha parênteses$\left({\text{NH}}_3\right)$ diminui ao longo do tempo, enquanto a concentração de produtos (H subscrito 2${\mathrm{\text{H}}}_2$ e N subscrito 2${\text{N}}_2$) aumenta ao longo do tempo. Para acompanhar essa variação, definimos a rapidez ou taxa média abre parênteses T subscrito m fecha parênteses$\left(T_{\text{m}}\right)$ de consumo (ou formação) de uma espécie química, que é definida como a variação da sua quantidade – comumente em quantidade de matéria, massa, concentração ou pressão – ao longo do tempo. No caso do consumo de N H subscrito 3${\text{NH}}_3$ apresentado no gráfico, temos:

Professor, professora: Uma confusão comum está na diferença entre taxa de consumo de reagente, de formação de produto, e da reação como um todo. Diga aos estudantes que as duas primeiras dizem respeito a substâncias específicas e esta é uma forma prática de determinar o progresso da reação. Já a taxa média da reação diz respeito à reação como um todo e, por isso, cada taxa específica é dividida pelo coeficiente estequiométrico da substância em questão.

T subscrito m abre parênteses N H subscrito 3 fecha parênteses é igual a menos início de fração, numerador: símbolo de uma barra vertical variação na concentração de N H subscrito 3 símbolo de uma barra vertical, denominador: 't' subscrito final menos 't' subscrito inicial, fim de fração$T_{\text{m}}\left({\text{NH}}_3\right)=-\frac{\left|\text{variação na concentração de }{\text{NH}}_3\right|}{t_{\text{final}}-t_{\text{inicial}}}$

Para a produção de H subscrito 2${\text{H}}_2$, temos:

T subscrito m abre parênteses H subscrito 2 fecha parênteses é igual a início de fração, numerador: símbolo de uma barra vertical variação na concentração de H subscrito 2 símbolo de uma barra vertical, denominador: 't' subscrito final menos 't' subscrito inicial, fim de fração$T_{\text{m}}\left({\text{H}}_2\right)=\frac{\left|\text{variação na concentração de }{\text{H}}_2\right|}{t_{\text{final}}-t_{\text{inicial}}}$

Professor, professora: Se houver a possibilidade, use modelos moleculares ou massinhas de modelar para exemplificar as colisões que levam e que não levam à formação de produtos. Deixe claro que a probabilidade de colisão é um fator muito importante. Por isso, no geral, quanto maior for a temperatura de um sistema, maior será a taxa da reação, uma vez que os componentes se movimentarão mais rapidamente e haverá a possibilidade de se chocarem de modo efetivo.

Para a produção de N subscrito 2${\text{N}}_2$, temos:

T subscrito m abre parênteses N subscrito 2 fecha parênteses é igual a início de fração, numerador: símbolo de uma barra vertical variação na concentração de N subscrito 2 símbolo de uma barra vertical, denominador: 't' subscrito final menos 't' subscrito inicial, fim de fração$T_{\text{m}}\left({\text{N}}_2\right)=\frac{\left|{\text{variação na concentração de N}}_2\right|}{t_{\text{final}}-t_{\text{inicial}}}$

A rapidez ou taxa média da reação abre parênteses T início subscrito, m abre parênteses reação fecha parênteses, fim subscrito fecha parênteses$\left(T_{\text{m}\left(\text{reação}\right)}\right)$ pode ser calculada por:

T início subscrito, m abre parênteses reação fecha parênteses, fim subscrito é igual a menos início de fração, numerador: T subscrito m abre parênteses N H subscrito 3 fecha parênteses, denominador: a, fim de fração é igual a início de fração, numerador: T subscrito m abre parênteses H subscrito 2 fecha parênteses, denominador: b, fim de fração é igual a início de fração, numerador: T subscrito m abre parênteses N subscrito 2 fecha parênteses, denominador: c, fim de fração$T_{\text{m}\left(\text{reação}\right)}=-\frac{T_{\text{m}}\left({\text{NH}}_3\right)}{\text{a}}=\frac{T_{\text{m}}\left({\text{H}}_2\right)}{\text{b}}=\frac{T_{\text{m}}\left({\text{N}}_2\right)}{\text{c}}$

Teoria das colisões e formação do complexo ativado

As reações químicas estão presentes em diversas situações de nosso dia a dia. Cada uma dessas reações ocorre em uma taxa específica. Algumas ocorrem imediatamente após o contato dos reagentes, enquanto outras podem demorar milhares de anos para ocorrer. Nesse contexto, podemos nos questionar por que a taxa de reação é diferente para cada sistema. Para responder a essa questão, precisamos avaliar os sistemas na escala dos átomos e das moléculas.

Considere um recipiente fechado contendo gás hidrogênio. Há pouca interação entre as moléculas desse gás. Porém, por elas estarem em movimento constante, com determinada energia cinética, espera-se que eventualmente colidam entre si.

Ao adicionar vapor de iodo abre parênteses I subscrito 2 fecha parênteses$\left({\text{I}}_2\right)$ a esse recipiente, poderá ocorrer uma reação química. Essa reação só ocorrerá quando houver contato, por meio de uma colisão eficaz, entre as moléculas de ambos reagentes (H subscrito 2${\text{H}}_2$ e I subscrito 2${\text{I}}_2$). As colisões não eficazes ou elásticas entre algumas moléculas não resultam na formação de produto.

Imagens elaboradas com base em: BROWN, Theodore L. et al. Química: a ciência central. 13. ed. São Paulo: Pearson, 2016. p. 625.

Ou seja, em nível molecular, nem toda colisão entre moléculas resulta em reação química. Esses são os princípios do modelo de colisão, que afirma que, para a ocorrência de uma colisão eficaz, é necessário que dois requisitos sejam cumpridos. Conheça-os a seguir.

Orientação

Note que, na reação química entre as moléculas de H subscrito 2${\text{H}}_2$ e I subscrito 2${\text{I}}_2$, as ligações H traço H$\text{H}-\text{H}$ e I traço I$\text{I}-\text{I}$ necessitam ser rompidas, de modo a possibilitar a formação da ligação entre os átomos de hidrogênio abre parênteses H fecha parênteses$\left(\text{H}\right)$ e de iodo abre parênteses I fecha parênteses$\left(\text{I}\right)$. O rompimento e a formação de novas ligações ocorrem ao mesmo tempo, resultando em uma estrutura intermediária denominada complexo ativado. A colisão eficaz ocorre apenas quando as partículas (no exemplo, moléculas) de reagente colidem em uma orientação espacial que favoreça a formação do complexo ativado.

Imagens elaboradas com base em: BROWN, Theodore L. et al. Química: a ciência central. 13. ed. São Paulo: Pearson, 2016. p. 625.

Energia cinética mínima

A conversão de reagentes em complexo ativado requer que a colisão entre as partículas de reagente ocorra com uma energia cinética mínima, denominada energia de ativação. Essa energia é necessária, pois, em uma reação química, sempre há o rompimento de algumas ligações, o que demanda energia. Logo, variações de energia de uma reação química podem ser representadas em um gráfico de energia, em função do progresso da reação química.

Note que, nos gráficos a seguir, são representadas as energias de reagentes, produtos e complexo ativado, e que, independentemente de a reação química liberar energia (ser exotérmica) ou absorver energia (ser endotérmica), a formação do complexo ativado sempre envolve a absorção de energia. Assim, a energia de ativação abre parênteses E subscrito a fecha parênteses$\left(E_{\text{a}}\right)$ pode ser calculada subtraindo a energia do complexo ativado abre parênteses E subscrito c fecha parênteses$\left(E_{\text{c}}\right)$ e a energia dos reagentes abre parênteses E subscrito r fecha parênteses$\left(E_{\text{r}}\right)$, dada por E subscrito a é igual a E subscrito c menos E subscrito r$E_{\text{a}}=E_{\text{c}}-E_{\text{r}}$.

Diagrama de energia de uma reação exotérmica

Diagrama de energia de uma reação endotérmica

Fonte de pesquisa: ATKINS, Peter; JONES, Loretta; LAVERMAN, Leroy. Princípios de química: questionando a vida moderna e o meio ambiente. 7. ed. Porto Alegre: Bookman, 2018. p. 626.

Considerando, portanto, que em uma mistura de reagentes ocorrerão colisões eficazes e não eficazes, quanto maior for a probabilidade de uma colisão efetiva, maior será a taxa de uma reação química. Assim, quanto menor é a energia de ativação de uma reação química, maior é a probabilidade de ocorrência de colisões efetivas e maior é a rapidez da reação química. No próximo tópico, discutiremos como é possível controlar a taxa de uma reação química, baseando-se nos princípios do modelo de colisão.

A rapidez de uma reação química

O conhecimento a respeito da rapidez das reações químicas é de suma importância, por exemplo, para planejar e controlar processos industriais, compreender o tempo que o princípio ativo de um medicamento leva para agir em um organismo e projetar medidas que desacelerem algumas reações indesejadas.

Além disso, esse conhecimento tem grande relevância para explicar fenômenos do nosso cotidiano. Você já se perguntou por que mastigar bem os alimentos pode ajudar no processo de digestão? Ou por que armazenamos alguns alimentos na geladeira? Essas e tantas outras situações cotidianas estão relacionadas aos fatores que influenciam a taxa de uma reação química. Confira alguns deles a seguir.

Professor, professora: Incentive os estudantes a responder às questões propostas no texto.

Concentração

O aumento na concentração de uma espécie de reagente representa um maior número de espécies em um dado volume, o que amplia a possibilidade de ocorrer colisões eficazes. Dessa maneira, quanto maior for a concentração de um reagente, maior será a taxa da reação química.

Além da necessidade de uma fonte de ignição, o ato de abanar a lenha acelera a sua queima. Isso pode ser explicado por meio da equação química que representa a combustão desse material: C abre parênteses s fecha parênteses mais O subscrito 2 abre parênteses g fecha parênteses seta para a direita C O subscrito 2 abre parênteses g fecha parênteses$\text{C}\left(\text{s}\right)+{\text{O}}_2\left(\text{g}\right)\to {\text{CO}}_2\left(\text{g}\right)$. O ato de abanar a lenha em brasa adiciona gás oxigênio ao sistema, aumentando sua concentração e, consequentemente, a rapidez da reação química.

Temperatura

Em um sistema fechado, a energia total é conservada, pois não há troca de matéria e de energia com o ambiente. Apesar disso, essa energia está distribuída de maneira heterogênea entre as partículas que compõem o sistema, de tal forma que algumas se movem com energia cinética maior do que outras.

Em um sistema que troca energia com o ambiente, o aquecimento fornece energia térmica que será convertida em energia cinética. Assim, a probabilidade de haver partículas colidindo com energia cinética mínima aumenta, ou seja, a probabilidade de a energia de ativação ser atingida e ocorrer a formação do complexo ativado é maior. Desse modo, o aumento da temperatura ocasiona o aumento na rapidez das reações químicas. O raciocínio oposto também é válido, e o resfriamento do sistema ocasiona a diminuição na rapidez das reações químicas.

Superfície de contato

Para que ocorra uma reação química, os reagentes precisam estar em contato. Portanto, a rapidez dessas reações também depende da área superficial que os reagentes apresentam no momento da reação. Nesse caso, quanto maior for a área superficial, maior será a superfície de contato e, portanto, mais rápida será a reação química.

A ferrugem é o produto da oxidação de objetos feitos de ferro abre parênteses Fe fecha parênteses$\left(\text{Fe}\right)$, cuja primeira etapa é descrita por 2 F e abre parênteses s fecha parênteses mais O subscrito 2 abre parênteses g fecha parênteses mais 2 H subscrito 2 O abre parênteses l fecha parênteses seta para a direita 2 F e abre parênteses O H fecha parênteses subscrito 2 abre parênteses s fecha parênteses$2\text{ Fe}\left(\text{s}\right)+{\text{O}}_2\left(\text{g}\right)+2{\text{H}}_2\text{O}\left(\mathcal{l}\right)\to 2\text{ Fe}{\left(\text{OH}\right)}_2\left(\text{s}\right)$. Assim, para que a reação química ocorra, a superfície contendo ferro necessita estar em contato com o ar, que contém gás oxigênio e umidade na forma de vapor de água. Por isso, uma das maneiras de desacelerar a reação de formação da ferrugem é proteger a superfície de objetos de ferro com uma camada de tinta, para evitar o contato do ferro com os demais reagentes.

Catalisadores

Professor, professora: Após abordar os catalisadores, comente com os estudantes que também existem substâncias classificadas como inibidores, que aumentam a energia de ativação de uma reação e diminuem sua taxa.

A rapidez de uma reação química também pode ser alterada pela presença de um catalisador, que atua diminuindo a energia de ativação da reação. Ou seja, a função de um catalisador é acelerar uma reação química. Ao final dela, esse catalisador é regenerado e pode continuar participando das mesmas reações químicas.

Vamos analisar, como exemplo, a reação de decomposição do peróxido de hidrogênio abre parênteses H subscrito 2 O subscrito 2 fecha parênteses$\left({\text{H}}_2{\text{O}}_2\right)$. Na ausência de catalisador, a reação pode ser representada por 2 H subscrito 2 O subscrito 2 abre parênteses a q fecha parênteses seta para a direita 2 H subscrito 2 O abre parênteses l fecha parênteses mais O subscrito 2 abre parênteses g fecha parênteses$2{\text{H}}_2{\text{O}}_2\left(\text{aq}\right)\to 2{\text{ H}}_2\text{O}\left(\mathcal{l}\right)+{\text{O}}_2\left(\text{g}\right)$. Contudo, na presença de um catalisador, como o íon brometo abre parênteses B r elevado a início expoente, menos, fim expoente fecha parênteses$\left({\text{Br}}^{-}\right)$, a reação ocorre em duas etapas, mostradas no gráfico. Note que a energia de reagentes e de produtos não se altera, mas a energia de ativação das duas etapas da reação catalisada (E subscrito a 1$E_{\text{a1}}$ e E subscrito a 2$E_{\text{a2}}$) é menor que a da reação não catalisada abre parênteses E subscrito a fecha parênteses$\left(E_{\text{a}}\right)$.

Diagrama de energia da reação de decomposição do H subscrito 2 O subscrito 2${\mathbf{\text{H}}}_{\mathbf{2}}{\mathbf{\text{O}}}_{\mathbf{2}}$ catalisada e não catalisada

Fonte de pesquisa: BROWN, Theodore L. et al. Química: a ciência central. 13. ed. São Paulo: Pearson, 2016. p. 638.

No início deste capítulo, citamos que algumas substâncias destroem a camada de ozônio ao acelerar a decomposição do O subscrito 3${\text{O}}_3$. Agora que compreendemos o que é um catalisador, podemos entender melhor como a aceleração desse processo ocorre.

Em 1928, foram sintetizados, pela primeira vez, os clorofluorcarbonos (CFCs), compostos que contêm os elementos carbono, cloro abre parênteses C l fecha parênteses$\left(\text{C}\mathcal{l}\right)$ e/ou flúor abre parênteses F fecha parênteses$\left(\text{F}\right)$. Com uma alta estabilidade química e baixo custo, foram amplamente aplicados como gás refrigerante em eletrodomésticos e propelentes de aerossol. No entanto, ao serem liberados no ambiente, dispersam-se até a estratosfera, onde a radiação ultravioleta é capaz de romper a ligação entre carbono e cloro, gerando radicais capazes de reagir com o ozônio, como mostram de forma simplificada as equações químicas a seguir.

Observe que o cloro e o ozônio reagem gerando o óxido de cloro abre parênteses C l O fecha parênteses$\left(\text{C}\mathcal{l}\text{O}\right)$, um intermediário da reação que, depois, reage com um átomo de oxigênio, regenerando o catalisador na segunda etapa da reação.

Apesar do destaque para os CFCs, eles não são os únicos gases com a capacidade de atingir a camada de ozônio. As altas emissões de óxidos de nitrogênio, provenientes de processos industriais e queima de combustíveis fósseis, também podem afetar a camada de ozônio. Um desses compostos, o óxido de dinitrogênio abre parênteses N subscrito 2 O fecha parênteses$\left({\text{N}}_2\text{O}\right)$, além de ser um dos gases do efeito estufa, é o um dos principais responsáveis pela sua destruição.

Lei cinética das reações químicas

Ao longo deste capítulo, estudamos que a rapidez de uma reação química depende, entre outros fatores, da concentração de reagente e da temperatura. Mas como podemos expressar isso matematicamente? Considere a equação química a seguir.

N subscrito 2 abre parênteses g fecha parênteses mais 2 O subscrito 2 abre parênteses g fecha parênteses seta para a direita 2 N O subscrito 2 abre parênteses g fecha parênteses${\text{N}}_2\left(\text{g}\right)+2{\text{O}}_2\left(\text{g}\right)\to 2{\text{NO}}_2\left(\text{g}\right)$

Professor, professora: Diga aos estudantes que a notação abre colchetes A fecha colchetes$\left[\mathrm{\text{A}}\right]$ significa "concentração da espécie química A em mol por litro$\text{mol}/\text{L}$".

Professor, professora: Enfatize que os coeficientes estequiométricos são utilizados somente na lei de velocidade de reações elementares, pois em outras situações são parâmetros experimentais.

Considere agora a reação química a seguir, que ocorre em duas etapas com taxas distintas.

Etapa 1 (lenta): H subscrito 2 abre parênteses g fecha parênteses mais 2 N O abre parênteses g fecha parênteses seta para a direita N subscrito 2 O abre parênteses g fecha parênteses mais H subscrito 2 O abre parênteses g fecha parênteses${\text{H}}_2\left(\text{g}\right)+2\text{ NO}\left(\text{g}\right)\to {\text{N}}_2\text{O}\left(\text{g}\right)+{\text{H}}_2\text{O}\left(\text{g}\right)$

Etapa 2 (rápida): H subscrito 2 abre parênteses g fecha parênteses mais N subscrito 2 O abre parênteses g fecha parênteses seta para a direita N subscrito 2 abre parênteses g fecha parênteses mais H subscrito 2 O abre parênteses g fecha parênteses${\text{H}}_2\left(\text{g}\right)+{\text{N}}_2\text{O}\left(\text{g}\right)\to {\text{N}}_2\left(\text{g}\right)+{\text{H}}_2\text{O}\left(\text{g}\right)$

Reação global: 2 H subscrito 2 abre parênteses g fecha parênteses mais 2 N O abre parênteses g fecha parênteses seta para a direita N subscrito 2 abre parênteses g fecha parênteses mais 2 H subscrito 2 O abre parênteses g fecha parênteses$2{\text{H}}_2\left(\text{g}\right)+2\text{ NO}\left(\text{g}\right)\to {\text{N}}_2\left(\text{g}\right)+2{\text{ H}}_2\text{O}\left(\text{g}\right)$