Química inorgânica

A química inorgânica é o ramo da química que engloba a química geral e o estudo dos compostos inorgânicos, ou seja, as substâncias que não possuem o carbono formando cadeias em sua constituição. Os compostos inorgânicos são mais abundantes na Terra do que os orgânicos, principalmente devido a composição do núcleo (majoritariamente ferro) e são geralmente encontrados na natureza como minerais.

O estudo da química inorgânica começa nas teorias atômicas, passando pelas substâncias e misturas, ligações químicas e reações, sendo toda essa construção de conhecimento baseada nas leis da físico-química.

Fritz Haber, em 1908 sintetizou o nitrato de amônia, que foi o primeiro composto inorgânico feito totalmente em laboratório. O processo Haber é uma reação catalisada por ferro e ocorre como se segue:

N_{2 (g)} + 3 H_{2 (g)} → 2 NH_{3 (g)} + energia

Compostos inorgânicos em geral necessitam de catalisadores para serem sintetizados, tais como pentóxido de vanádio, hidreto de alumínio ou metais.

As funções inorgânicas são divididas em 4 grupos:

Ácidos

Segundo Arrhenius, ácido é toda substância que em solução aquosa libera, como único cátion, o íon H⁺ (H₃O⁺). São subdivididos em hidrácidos e oxiácidos.

Hidrácidos: ácidos que não contém o elemento oxigênio em sua estrutura. Ex.: HCl, H₂S, HCN.

A nomenclatura característica dos hidrácidos é dada pela regra:

ÁCIDO nome do elemento + ÍDRICO.

Ex.: HCl – ácido clorídrico.

Oxiácidos: ácidos que contém o elemento oxigênio em sua estrutura. Ex.: H₂SO₄, HNO₃, H₂CO₃.

A nomenclatura dos oxiácidos segue a regra do NOX:

Ex.: HClO₃ – ácido clórico

Leia mais:

• Ácidos fortes
• Ácidos fracos

Bases ou Hidróxidos

Segundo Arrhenius, base ou hidróxido é toda substância que em solução aquosa libera, como único ânion, o íon OH^‒ (hidroxila).

A nomenclatura das bases é dada de acordo com o cátion formador.

Cátions que possuem NOX fixo:

HIDRÓXIDO DE nome do cátion.

Ex.: NaOH – hidróxido de sódio.

Cátions que possuem NOX variável:

Regra I – HIDRÓXIDO DE nome do elemento + número da carga do cátion.

Ex.: Fe(OH)₂ – hidróxido de ferro II

Regra II:

HIDRÓXIDO DE nome do elemento + OSO (menor carga)

HIDRÓXIDO DE nome do elemento + ICO (maior carga)

Ex.: Fe(OH)3 – óxido férrico, Fe(OH)2 - hidróxido ferroso

Sais

Sal é toda substância que, em solução aquosa, sofre dissociação, liberando pelo menos um cátion diferente do H⁺ e um ânion diferente do OH^‒.

Exemplo:

BaSO₄ → Ba²⁺ + SO₄^2-

A nomenclatura dos sais varia de acordo com a nomenclatura do ácido que deu origem ao cátion, respeitando a regra:

Ex.: NaCl – cloreto de sódio

CaSO₄ – sulfato de cálcio

Al(NO₂)₃ – nitrito de alumínio

Os sais são geralmente obtidos a partir de reações de neutralização entre um ácido e uma base. A reação de neutralização pode ser total ou parcial, porém sempre produzindo um sal e água.

Neutralização total – neutraliza todos os hidrogênios com as hidroxilas disponíveis.

HCl + NaOH → NaCl + H₂O

Neutralização parcial – neutraliza os hidrogênios com as hidroxilas, podendo “sobrar” excesso de um dos íons.

H₃PO₄ + NaOH → NaH₂PO₄ + H₂O

“sobra” hidrogênio na fórmula do sal – o produto é um hidrogenossal.

HCl + Ca(OH)₂ → Ca(OH)Cl + H₂O

“sobra” hidroxila na fórmula do sal – o produto é um hidroxissal

Óxidos

Óxidos são compostos binários (possuem dois elementos) onde o oxigênio é o elemento mais eletronegativo.

Exemplo: CO₂, SO₃, Na₂O

A nomenclatura dos óxidos possui duas possibilidades.

Óxidos formados por ametais (óxidos moleculares):

Ex.: CO – monóxido de carbono

CO₂ – dióxido de carbono

SO3 – trióxido de enxofre

N₂O₃ - trióxido de dinitrogênio

Óxidos formados por metais (óxidos iônicos):

ÓXIDO DE nome do elemento (se necessário + carga do cátion)

Ex.: Na₂O – óxido de sódio

Cu₂O – óxido de cobre I

Os óxidos podem ser divididos em:

• Óxidos básicos – formados por metais de carga +1 e +2, quando reagem com água, originam uma base. Ex.: Na₂O.
• Óxidos ácidos – formados por ametais, quando reagem com a água originam um ácido. Ex.: CO₂.
• Óxidos neutros – são aqueles que não reagem com a água. São eles CO, NO e N₂O.
• Óxidos anfóteros – são aqueles que se comportam como base na presença de um ácido e como ácido na presença de uma base. Ex.: ZnO.
• Óxidos duplos ou mistos – são o resultado da combinação de dois óxidos de um mesmo elemento. Ex.: Fe₃O₄ (combinação entre FeO + Fe₂O₃).
• Peróxidos – são óxidos onde o oxigênio apresenta NOX -1. Geralmente formados por hidrogênio, zinco, prata, metal alcalino ou alcalino terroso. Ex.: H₂O₂ (peróxido de hidrogênio).
• Superóxidos – são óxidos onde o oxigênio apresenta NOX -½. Geralmente formados por metal alcalino ou alcalino terroso. Ex.: Na₂O₄ (superóxido de sódio).

Há ainda alguns grupos menores de substâncias inorgânicas, classificadas como funções secundárias, como os hidretos (ex.: CaH₂), os carbetos (ex.: Li₄C), nitretos (ex.: Nb₃N) e sulfetos (ex.: CS₂).

Compostos de Coordenação

São um campo da química inorgânica que estuda as substâncias formadas por elementos do bloco d e f da Tabela Periódica. São moléculas que possuem um ou vários ácidos de Lewis ligados a uma ou várias bases de Lewis. Quando sob a forma de composto eletricamente neutro recebem o nome de compostos de coordenação e quando sob a forma íons hidratados, são chamados de complexos. Os complexos possuem cores características da ligação entre o metal e o ligante, que geralmente são diferentes das cores das substâncias que geraram o complexo quando isoladas.

Exemplos:

• [Cu(H₂O)₆]²⁺ – é uma solução azul devido aos íons cobre hidratados.
• K₄[Fe(CN)₆] – é um sólido eletricamente neutro.

A cor nos complexos é resultado de transições d-d, nas quais um elétron é excitado de um orbital d para outro e a cor gerada pode ser relacionada ao comprimento de onda que é gerado pelo tamanho do ‘salto’ do elétron durante a transição.

Como a água é uma base de Lewis, ela forma complexos com a maioria dos metais do bloco d quando eles são dissolvidos nela. Sendo assim, soluções aquosas de íons dos metais d são normalmente soluções de complexos com a água, por isso possuem cor.

Os complexos metálicos possuem esse nome pois possuem um átomo ou cátion metálico que funciona como um receptor de elétrons (ácido de Lewis) ligado a uma ou várias moléculas de outra substância, que funciona como uma base de Lewis (ligantes).

Reações Inorgânicas

Uma reação química ocorre quando uma ou mais substâncias sofrem um processo que leva a formação de novas substâncias. Em geral, reações inorgânicas são exotérmicas, ou seja, são reações que liberam energia durante seu processo, mas existem algumas que possuem comportamento endotérmico, absorvendo energia durante o seu processamento. As reações inorgânicas são divididas em síntese (ou adição), decomposição (ou análise), simples-troca (ou deslocamento) e dupla-troca.

Reações de síntese: duas ou mais substâncias originam um único produto.

Exemplo:

N_2(g) + 3H_2(g) → 2NH_3(g)

Reações de decomposição: uma única substância sofre uma reação e se divide em duas ou mais.

Exemplo:

2NaN_3(s) → 3N_2(g) + 2Na_(s)

Reações de simples-troca: uma substância simples reage com outra composta, gerando uma nova substância simples e outra composta.

Exemplo:

Zn_(s) + 2HCl_(aq) → ZnCl_2(aq) + H_2(g)

Reações de dupla-troca: duas substâncias compostas reagem e geram duas novas substâncias compostas.

Exemplo:

H₂SO_4(aq) + Ba(OH)_2(aq) → BaSO_4(aq) + 2H₂O_(l)

Bibliografia:

Atkins, P.W., Jones, L., Princípios de química: questionando a vida moderna e o meio ambiente 5ª ed., Porto Alegre: Ed. Bookman, 2012.

Usberco J., Salvador E., Química Geral, 12ª.ed., São Paulo: Saraiva, 2006.

http://www.ufjf.br/cursinho/files/2012/05/apostila_cd.01.381.pdf