A nomenclatura dos ácidos e bases

1J.2aA classificação dos ácidos e das bases

A nomenclatura torna-se mais clara quando é precedida por uma classificação simples. Os ácidos e as bases podem ser agrupados segundo critérios diferentes, e cada critério destaca um aspecto particular de sua composição ou de seu comportamento. No caso dos ácidos, os critérios mais úteis neste início de estudo são a presença ou ausência de oxigênio, o número de hidrogênios ionizáveis, a força ácida e a volatilidade. No caso das bases, os critérios mais úteis são a presença do grupo $\ce{OH^-}$, o número de hidroxilas, a força e a solubilidade em água.

Os ácidos inorgânicos se dividem, em primeiro lugar, em hidrácidos e oxoácidos. Os hidrácidos não contêm oxigênio na fórmula, como $\ce{HCl}$, $\ce{HBr}$ e $\ce{H2S}$. Os oxoácidos contêm oxigênio, como $\ce{HNO3}$, $\ce{H2SO4}$ e $\ce{H3PO4}$. Essa distinção é a mais importante para a nomenclatura, porque ela determina imediatamente qual regra de nomeação será usada.

Os ácidos também podem ser classificados de acordo com o número de hidrogênios ionizáveis. Um monoácido fornece um único próton por molécula, como $\ce{HCl}$ e $\ce{HNO3}$. Um diácido pode fornecer dois prótons, como $\ce{H2SO4}$ e $\ce{H2CO3}$. Um triácido pode fornecer três, como $\ce{H3PO4}$, e um tetrácido pode fornecer quatro, como $\ce{H4P2O7}$. Essa classificação é importante porque antecipa o número de etapas de neutralização e ajuda a reconhecer a formação possível de sais ácidos: $$\begin{aligned} \ce{ HCl(aq) &-> H^+(aq) + Cl^-(aq) }\\ \ce{ H2SO4(aq) &-> 2 H^+(aq) + SO4^{2-}(aq) }\\ \ce{ H3PO4(aq) &-> 3 H^+(aq) + PO4^{3-}(aq) } \end{aligned}$$ A escrita acima resume apenas a capacidade total de ionização dessas espécies; ela não implica que todas as etapas ocorram com a mesma facilidade.

As bases são classificadas, em primeiro lugar, pela presença do grupo hidroxila. Neste nível, a maior parte das bases inorgânicas importantes é tratada como um hidróxido, isto é, um composto que contém o grupo $\ce{OH^-}$ ligado a um cátion. O hidróxido de sódio, $\ce{NaOH}$, o hidróxido de cálcio, $\ce{Ca(OH)2}$, e o hidróxido de alumínio, $\ce{Al(OH)3}$, são exemplos típicos. A amônia, $\ce{NH3}$, também é uma base, mas não é um hidróxido, porque não contém o grupo $\ce{OH^-}$ em sua fórmula: $$\ce{ NH3(aq) + H2O(l) <=> NH4^+(aq) + OH^-(aq) }$$ Por isso, a classificação química de uma substância e a sua classe estrutural não devem ser confundidas. Uma espécie pode ter comportamento básico sem pertencer à classe dos hidróxidos.

Os hidróxidos podem ainda ser classificados de acordo com o número de grupos $\ce{OH^-}$ presentes na fórmula. Um composto como $\ce{NaOH}$ é uma monobase. $\ce{Ca(OH)2}$ é uma dibase. $\ce{Al(OH)3}$ é uma tribase. Esse critério é o análogo, para as bases, do número de hidrogênios ionizáveis nos ácidos, e ajuda a prever a proporção em que a base reage em neutralizações.

1J.2bOs nomes dos hidrácidos e dos oxoácidos

Os hidrácidos seguem a regra mais simples de toda a nomenclatura desta seção. Como não contêm oxigênio, o nome é formado por: $$\text{ácido} + \text{radical do elemento} + \text{ídrico}$$ Essa regularidade permite passar com facilidade da fórmula ao nome e do nome à fórmula.

Nos oxoácidos, a nomenclatura precisa distinguir séries de compostos de um mesmo elemento. Aqui o NOX do elemento central é especialmente útil, porque ele acompanha a variação do número de oxigênios e ajuda a revelar a ordem dos nomes. Quando um elemento forma apenas um oxoácido importante, usa-se, em geral, a terminação -ico, como em $\ce{H2CO3}$, ácido carbônico, e $\ce{H3BO3}$, ácido bórico. Quando forma dois oxoácidos principais, usa-se o par -oso e -ico, reservando -oso para o composto em que o elemento central está no menor NOX da dupla, e -ico para o composto em que ele está no maior NOX da dupla.

Quando o elemento forma três ou quatro oxoácidos, entram os prefixos hipo- e per-. A melhor maneira de apresentar essa série não é por uma desigualdade escrita em linha, mas como uma ordem de nomenclatura associada ao NOX crescente do elemento central.

A série dos oxoácidos do cloro é o exemplo mais importante porque mostra os quatro nomes com clareza:

A regularidade dessa série é mais importante do que a memorização dos nomes isoladamente. O aluno deve aprender a ler a progressão: à medida que o NOX do elemento central aumenta, o nome avança de hipo-…-oso para …-oso, depois para …-ico, e finalmente para per-…-ico.

Também convém notar que alguns grupos de oxoácidos usam prefixos que não indicam mudança de NOX, mas diferença de hidratação. O caso mais importante é o dos ácidos do fósforo. Nessa família, os nomes orto-, piro- e meta- não descrevem diferentes estados de oxidação do fósforo; eles distinguem fórmulas relacionadas entre si pela adição ou pela remoção de água. O NOX do fósforo permanece o mesmo em todos esses casos, mas o grau de condensação da estrutura se altera.

O ácido ortofosfórico, $\ce{H3PO4}$, pode ser tomado como a forma mais hidratada. A remoção de uma molécula de água de duas moléculas de ácido ortofosfórico conduz ao ácido pirofosfórico: $$\ce{ 2 H3PO4 -> H4P2O7 + H2O }$$ Se, em vez disso, a desidratação for levada mais adiante, forma-se o ácido metafosfórico: $$\ce{ H3PO4 -> HPO3 + H2O }$$ Essas relações também podem ser lidas no sentido inverso, como hidratação: $$\begin{aligned} \ce{ H4P2O7 + H2O &-> 2 H3PO4 }\\ \ce{ HPO3 + H2O &-> H3PO4 } \end{aligned}$$ O ponto importante é que essas transformações envolvem ganho ou perda de água, e não oxidação ou redução do fósforo. Por isso, os prefixos orto-, piro- e meta- devem ser entendidos como marcas de hidratação e condensação estrutural, não como indicadores de NOX diferente.

Pode-se, então, resumir essa família assim: $$\begin{aligned} \ce{ H3PO4 } &\quad \text{ácido ortofosfórico}\\ \ce{ H4P2O7 } &\quad \text{ácido pirofosfórico}\\ \ce{ HPO3 } &\quad \text{ácido metafosfórico} \end{aligned}$$ Nesse conjunto, o nome informa como a fórmula se relaciona com a água: orto- indica a forma mais hidratada, piro- indica a forma obtida por condensação de duas unidades com perda de água, e meta- indica uma forma mais desidratada.

1J.2cComo nomear um ácido a partir da fórmula

Diante da fórmula de um ácido, a leitura deve seguir uma ordem fixa. Primeiro, verifica-se se a fórmula contém oxigênio. Se não contiver, trata-se de um hidrácido. Se contiver, trata-se de um oxoácido. Em seguida, identifica-se o elemento central e, se necessário, a posição do composto na série correspondente.

O processo pode ser expresso em três perguntas sucessivas. A fórmula contém oxigênio? Qual é o elemento central? Em que ponto da série esse elemento aparece? A resposta a essas três perguntas costuma bastar para determinar o nome correto.

Por exemplo, em $\ce{HBr}$ não há oxigênio, portanto a substância é um hidrácido. O elemento ligado ao hidrogênio é o bromo, e o nome é ácido bromídrico. Em $\ce{H2SO4}$ há oxigênio, logo a substância é um oxoácido. O elemento central é o enxofre, e o NOX do enxofre é $+6$, o maior da dupla $\ce{H2SO3}/\ce{H2SO4}$; o nome, portanto, é ácido sulfúrico. Em $\ce{HClO2}$, o cloro está em NOX $+3$, correspondente ao segundo membro da série dos oxoácidos do cloro; o nome é ácido cloroso.

O caminho inverso, do nome para a fórmula, segue a mesma lógica em sentido contrário. O nome ácido iodídrico aponta para um hidrácido de iodo, isto é, $\ce{HI}$. O nome ácido nítrico aponta para um oxoácido de nitrogênio na forma mais oxidada da dupla usual, isto é, $\ce{HNO3}$. O nome ácido hipocloroso aponta para o membro menos oxidado da série do cloro, isto é, $\ce{HClO}$.

1J.2dOs nomes das bases e dos hidróxidos

Na nomenclatura escolar da Química Inorgânica, as bases mais importantes são apresentadas como hidróxidos. O padrão geral é direto: $$\text{hidróxido de} + \text{nome do cátion}$$ Essa simplicidade explica por que a nomenclatura das bases é, em geral, mais regular do que a dos ácidos. A principal atenção recai sobre o cátion. Quando ele apresenta uma única carga importante, o nome é imediato. Quando pode apresentar mais de um número de oxidação, convém explicitar esse número no nome.

Os exemplos mais simples são os hidróxidos de cátions de carga fixa:

Quando o metal pode formar mais de um cátion importante, a forma mais clara de nomeação é a nomenclatura de Stock, em que o número de oxidação aparece em algarismos romanos: $$\text{hidróxido de} + \text{nome do metal} + (\text{NOX})$$ Os hidróxidos do ferro ilustram bem essa regra: $$\begin{aligned} \ce{ Fe(OH)2 } &\quad \text{hidróxido de ferro(II)}\\ \ce{ Fe(OH)3 } &\quad \text{hidróxido de ferro(III)} \end{aligned}$$ A própria fórmula mostra o NOX do cátion, porque cada grupo $\ce{OH^-}$ contribui com carga $-1$. Assim, em $\ce{Fe(OH)2}$, o ferro deve estar em NOX $+2$; em $\ce{Fe(OH)3}$, em NOX $+3$.

A amônia exige um comentário separado. Ela é uma base, mas não é um hidróxido: $$\ce{ NH3(aq) + H2O(l) <=> NH4^+(aq) + OH^-(aq) }$$ Seu nome é simplesmente amônia, e o íon $\ce{NH4^+}$ é o íon amônio. Como a fórmula da amônia não contém o grupo $\ce{OH^-}$, ela não entra na nomenclatura dos hidróxidos. Essa distinção deve ser estabelecida desde cedo, porque a propriedade básica de uma substância e sua classe estrutural não são a mesma coisa.