O hidróxidos são compostos inorgânicos e ternários que consistem na interação entre um cátion metálico e o grupo funcional OH (ânion hidróxido, OH-) A maioria deles é de natureza iônica, embora também possam ter ligações covalentes.
Por exemplo, um hidróxido pode ser representado como a interação eletrostática entre o cátion M+ e o ânion OH-, ou como a ligação covalente através da ligação M-OH (imagem inferior). Na primeira, ocorre a ligação iônica, enquanto na segunda, a covalente. Este fato depende essencialmente do metal ou cátion M+, bem como sua carga e raio iônico.
Uma vez que a maioria deles vem de metais, é equivalente a mencioná-los como hidróxidos de metal.
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Existem duas vias principais de síntese: reagindo o óxido correspondente com água ou com uma base forte em meio ácido:
MO + HdoisO => M (OH)dois
MO + H+ + Oh- => M (OH)dois
Apenas os óxidos de metal solúveis em água reagem diretamente para formar o hidróxido (primeira equação química). Outros são insolúveis e requerem espécies ácidas para liberar M+, que então interage com o OH- de bases fortes (segunda equação química).
No entanto, essas bases fortes são hidróxidos metálicos NaOH, KOH e outros do grupo dos metais alcalinos (LiOH, RbOH, CsOH). Estes são compostos iônicos altamente solúveis em água, daí o seu OH- são livres para participar de reações químicas.
Por outro lado, existem hidróxidos metálicos que são insolúveis e, portanto, são bases muito fracas. Alguns deles são até ácidos, como é o caso do ácido telúrico, Te (OH)6.
O hidróxido estabelece um equilíbrio de solubilidade com o solvente circundante. Se for água, por exemplo, o equilíbrio é expresso da seguinte forma:
M (OH)dois <=> Mdois+(ac) + OH-(ac)
Onde (ac) denota que o meio é aquoso. Quando o sólido é insolúvel, a concentração de OH dissolvido é pequena ou desprezível. Por esse motivo, os hidróxidos de metal insolúveis não podem gerar soluções tão básicas quanto o NaOH..
Do exposto, pode-se deduzir que os hidróxidos apresentam propriedades muito diferentes, ligadas à estrutura química e às interações entre o metal e o OH. Assim, embora muitos sejam iônicos, com estruturas cristalinas variadas, outros apresentam estruturas poliméricas complexas e desordenadas..
O íon hidroxila é um átomo de oxigênio covalentemente ligado ao hidrogênio. Assim, isso pode ser facilmente representado como OH-. A carga negativa está localizada no oxigênio, tornando este ânion uma espécie doadora de elétrons: uma base.
Se o OH- doa seus elétrons para um hidrogênio, uma molécula H é formadadoisO. Você também pode doar seus elétrons para espécies carregadas positivamente: como centros de metal M+. Assim, um complexo de coordenação é formado através da ligação dativa M-OH (o oxigênio fornece o par de elétrons).
Porém, para que isso aconteça o oxigênio deve ser capaz de se coordenar de forma eficiente com o metal, caso contrário as interações entre M e OH terão um caráter iônico marcado (M+ Oh-) Como o íon hidroxila é o mesmo em todos os hidróxidos, a diferença entre todos eles está no cátion que o acompanha.
Da mesma forma, porque este cátion pode vir de qualquer metal da tabela periódica (grupos 1, 2, 13, 14, 15, 16, ou os metais de transição), as propriedades de tais hidróxidos variam enormemente, embora todos contemplem em comum alguns aspectos.
Nos hidróxidos, embora tenham ligações de coordenação, têm um caráter iônico latente. Em alguns, como o NaOH, seus íons são parte de uma rede cristalina composta de cátions de Na+ e ânions OH- nas proporções 1: 1; ou seja, para cada íon de Na+ há um íon OH- contrapartida.
Dependendo da carga do metal, haverá mais ou menos ânions OH- ao seu redor. Por exemplo, para um cátion metálico Mdois+ haverá dois íons OH- interagindo com ele: M (OH)dois, o que é esboçado como HO- Mdois+ Oh-. Da mesma forma acontece com os metais M3+ e com outros com cargas mais positivas (embora raramente excedam 3+).
Esse caráter iônico é responsável por muitas das propriedades físicas, como pontos de fusão e ebulição. Estes são altos, refletindo as forças eletrostáticas em ação dentro da rede cristalina. Da mesma forma, quando os hidróxidos se dissolvem ou derretem, eles podem conduzir corrente elétrica devido à mobilidade de seus íons..
No entanto, nem todos os hidróxidos têm as mesmas redes cristalinas. Aqueles com os mais estáveis terão menos probabilidade de se dissolver em solventes polares como a água. Como regra geral, quanto mais díspar os raios iônicos de M+ e OH-, mais solúvel será o mesmo.
Isso explica por que a solubilidade dos hidróxidos de metal alcalino aumenta à medida que se move para baixo no grupo. Assim, a ordem crescente de solubilidades em água para estes é a seguinte: LiOH O OH- é um ânion pequeno, e conforme o cátion se torna mais volumoso, a estrutura de cristal enfraquece energeticamente. Por outro lado, os metais alcalino-terrosos formam hidróxidos menos solúveis devido às suas cargas positivas mais altas. Isso ocorre porque o Mdois+ atrai OH mais fortemente- em comparação com M+. Da mesma forma, seus cátions são menores e, portanto, menos desiguais em tamanho em relação a OH-. O resultado disso é a evidência experimental de que o NaOH é muito mais básico do que o Ca (OH).dois. O mesmo raciocínio pode ser aplicado para outros hidróxidos, seja para os dos metais de transição, seja para os dos metais do bloco p (Al, Pb, Te, etc.). Além disso, quanto menor e maior o raio iônico e a carga positiva de M+, menor é o caráter iônico do hidróxido, ou seja, aqueles com densidades de carga muito altas. Um exemplo disso ocorre com o hidróxido de berílio, Be (OH)dois. Ele édois+ é um cátion muito pequeno e sua carga divalente o torna eletricamente muito denso. Hidróxidos M (OH)dois reagem com ácidos para formar um complexo aquoso, isto é, M+ acaba rodeado por moléculas de água. No entanto, há um número limitado de hidróxidos que também podem reagir com bases. Estes são conhecidos como hidróxidos anfotéricos. Os hidróxidos anfotéricos reagem com ácidos e bases. A segunda situação pode ser representada pela seguinte equação química: M (OH)dois + Oh- => M (OH)3- Mas como determinar se um hidróxido é anfotérico? Por meio de um simples experimento de laboratório. Como muitos hidróxidos de metal são insolúveis em água, adicionar uma base forte a uma solução com os íons M+ dissolvido, por exemplo, Al3+, o hidróxido correspondente precipitará: Para o3+(aq) + 3OH-(ac) => Al (OH)3(s) Mas tendo um excesso de OH- o hidróxido continua a reagir: Al (OH)3(s) + OH- => Al (OH)4-(ac) Como resultado, o novo complexo carregado negativamente é solvatado pelas moléculas de água circundantes, dissolvendo o sólido branco de hidróxido de alumínio. Os hidróxidos que permanecem inalterados com a adição extra de base não se comportam como ácidos e, portanto, não são anfotéricos. Os hidróxidos podem ter estruturas cristalinas semelhantes às de muitos sais ou óxidos; alguns simples e outros muito complexos. Além disso, aqueles onde há diminuição do caráter iônico podem apresentar centros metálicos ligados por pontes de oxigênio (HOM-O-MOH). Em solução, as estruturas são diferentes. Embora para hidróxidos altamente solúveis seja suficiente considerá-los como íons dissolvidos em água, para outros é necessário levar em consideração a química de coordenação.. Assim, cada cátion M+ pode ser coordenado a um número limitado de espécies. Quanto mais volumoso for, maior será o número de moléculas de água ou OH.- ligado a ele. Daí vem o famoso octaedro de coordenação de muitos metais dissolvidos em água (ou em qualquer outro solvente): M (OHdois)6+n, onde n é igual à carga positiva do metal. Cr (OH)3, por exemplo, ele realmente forma um octaedro. Como? Considerando o composto como [Cr (OHdois)3(OH)3], dos quais três das moléculas de água são substituídas por ânions OH-. Se todas as moléculas fossem substituídas por OH-, então o complexo com carga negativa e estrutura octaédrica [Cr (OH)6]3-. A carga -3 é o resultado das seis cargas negativas do OH-. Os hidróxidos podem ser considerados "óxidos hidratados". No entanto, neles "água" está em contato direto com M+; enquanto nos óxidos hidratados MO nHdoisOu, as moléculas de água são parte de uma esfera de coordenação externa (elas não estão perto do metal). Essas moléculas de água podem ser extraídas pelo aquecimento de uma amostra de hidróxido: M (OH)dois + Q (calor) => MO + HdoisOU MO é o óxido metálico formado como resultado da desidratação do hidróxido. Um exemplo dessa reação é a observada quando o hidróxido cúprico, Cu (OH), é desidratadodois: Cu (OH)dois (azul) + Q => CuO (preto) + HdoisOU Qual é a maneira adequada de mencionar hidróxidos? A IUPAC propôs três nomenclaturas para esse fim: a tradicional, a de estoque e a sistemática. É correto usar qualquer um dos três, no entanto, para alguns hidróxidos pode ser mais conveniente ou prático mencioná-lo de uma forma ou de outra. A nomenclatura tradicional consiste simplesmente em adicionar o sufixo -ico à valência mais alta do metal; e o sufixo -oso para o mais baixo. Assim, por exemplo, se o metal M tem valências +3 e +1, o hidróxido M (OH)3 será chamado de hidróxido (nome do metal)ico, enquanto hidróxido de MOH (nome do metal)suportar. Para determinar a valência do metal no hidróxido, basta olhar para o número após o OH entre parênteses. Assim, M (OH)5 significa que o metal tem uma carga ou valência de +5. A principal desvantagem dessa nomenclatura, entretanto, é que ela pode ser complicada para metais com mais de dois estados de oxidação (como cromo e manganês). Para tais casos, os prefixos hyper- e hypo- são usados para denotar as valências mais altas e mais baixas.. Assim, se M em vez de ter apenas +3 e +1 valências, ele também tem +4 e +2, então os nomes de seus hidróxidos com as valências mais altas e mais baixas são: hidróxido hiper(nome do metal)ico, e hidróxido soluço(nome do metal)suportar. De todas as nomenclaturas, esta é a mais simples. Aqui, o nome do hidróxido é simplesmente seguido pela valência do metal entre parênteses e escrito em algarismos romanos. Novamente para o M (OH)5, por exemplo, sua nomenclatura de estoque seria: (nome do metal) hidróxido (V). (V) denota então (+5). Finalmente, a nomenclatura sistemática é caracterizada pelo recurso a prefixos multiplicadores (di-, tri-, tetra-, penta-, hexa-, etc.). Esses prefixos são usados para especificar o número de átomos de metal e íons OH.-. Desta forma, o M (OH)5 nomeado como: (nome do metal) pentahidróxido. No caso do Hgdois(OH)dois, por exemplo, seria dihidróxido dimercúrico; um dos hidróxidos cuja estrutura química é complexa à primeira vista. Alguns exemplos de hidróxidos e suas nomenclaturas correspondentes são os seguintes: -NaOH (hidróxido de sódio) -Ca (OH) 2 (hidróxido de cálcio) -Fe (OH)3. (Hidróxido férrico; hidróxido de ferro (III); ou trihidróxido de ferro) -V (OH)5 (Hidróxido pervanádico; Hidróxido de vanádio (V); ou pentidróxido de vanádio). -Sn (OH)4 (Hidróxido estanico; hidróxido de estanho (IV); ou tetrahidróxido de estanho). -Ba (OH)dois (Hidróxido de bário ou di-hidróxido de bário). -Mn (OH)6 (Hidróxido de manganês, hidróxido de manganês (VI) ou hexa-hidróxido de manganês). -AgOH (hidróxido de prata, hidróxido de prata ou hidróxido de prata). Observe que, para este composto, não há distinção entre o estoque e as nomenclaturas sistemáticas. -Pb (OH)4 (Hidróxido de chumbo, hidróxido de chumbo (IV) ou tetrahidróxido de chumbo). -LiOP (hidróxido de lítio). -Cd (OH) 2 (hidróxido de cádmio) -Ba (OH)dois (Hidróxido de bário) -Hidróxido de cromoAnfoterismo
Estruturas
Reação de desidratação
Nomenclatura
Tradicional
Estoque
Sistemático
Exemplos de hidróxidos
Referências
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