O mundo reativo da química inorgânica
Adicionar lítio à água faz efervescer suavemente; adicionar potássio inflama. Esta seção segue os padrões dessas observações — as famílias da Tabela Periódica, o ar que respiramos, a escala de reatividade que determina como cada metal é extraído e por que o ferro enferruja — e depois o enorme centro prático do curso: ácidos, bases, preparação de sais e testes de identificação.
Edexcel International GCSE Chemistry 4CH1, Section 2 (enunciados 2.1–2.50) fornece a maioria das questões de memorização e práticas em ambas as provas. Os enunciados sufixados com C são exclusivos de Química.
Grupo 1 e Grupo 7
Grupo 1 (Li, Na, K) reagem com água para formar hidróxido e hidrogênio — efervescência, flutuação, fusão (Na), chama lilás (K). As reações tornam-se mais rápidas e vigorosas descendo no grupo: uma família com tendência. (C) A reatividade aumenta porque o elétron externo está mais longe do núcleo e é perdido com mais facilidade.
Grupo 7 (Cl₂ gás verde-claro, Br₂ líquido laranja-acastanhado, I₂ sólido cinza-negro) escurecem ao descer no grupo. Um halogênio mais reativo desloca a sal de um menos reativo: cloro desloca bromo do brometo de potássio (a solução fica laranja). (C) A reatividade diminui ao descer no grupo — a camada externa está mais distante, então ganhar um elétron é mais difícil.
Ar e gases
Ar seco: cerca de 78 % nitrogênio, 21 % oxigênio, 0.96 % argônio, 0.04 % dióxido de carbono (os quatro mais abundantes). A porcentagem de oxigênio pode ser medida consumindo-o — ferrugem de ferro em ar úmido sobre água, ou fósforo queimando, fazendo a água subir cerca de um quinto. Elementos queimam em oxigênio: magnésio produz chama branca intensa e MgO branco; hidrogênio queima com estalido formando vapor; enxofre produz chama azul e SO₂ sufocante. Carbonato de cobre(II) decompondo-se com aquecimento: CuCO₃ → CuO + CO₂ (a água de cal fica turva). CO₂ é um gaso estufa cujos níveis crescentes contribuem para as mudanças climáticas.
Série de reatividade e metais
Ordem para memorizar: potássio, sódio, lítio, cálcio, magnésio, alumínio, (carbono), zinco, ferro, (hidrogênio), cobre, prata, ouro. Metais acima do hidrogênio — tudo até o ferro — reagem com HCl/H₂SO₄ diluídos liberando hidrogênio; quanto mais reativo, mais rápida a efervescência. Um metal desloca qualquer metal menos reativo de sua solução salina ou óxido.
Ferrugem exige oxigênio e água; evitada por métodos de barreira (tinta, óleo, plástico), galvanização (revestimento de zinco) e proteção sacrificial (um metal mais reativo como zinco ou magnésio corrói em seu lugar). Oxidação é perda de elétrons ou ganho de oxigênio; redução o oposto; uma reação redox possui ambas; o agente oxidante é reduzido, o agente redutor é oxidado.
(C) Extração corresponde à reatividade: metais pouco reativos (ouro, prata) ocorrem nativos; aqueles abaixo do carbono (ferro) são reduzidos pelo carbono em alto-forno; os acima (alumínio) necessitam de eletrólise de minério fundido. Alumínio (baixa densidade, resistente à corrosão), cobre (condutor), ferro e aços (resistentes; inoxidável resiste à ferrugem) são escolhidos por suas propriedades. Ligas misturam um metal com outros elementos e são mais duras porque átomos de tamanhos diferentes perturbam o deslizamento das camadas.
Ácidos, bases e sais
Ácidos fornecem H⁺(aq); bases solúveis fornecem OH⁻(aq). Indicadores: litmus (vermelho em ácido, azul em base), fenolftaleína (incolor → rosa), laranja de metila (vermelho → amarelo). A escala de pH pH 0–14 classifica soluções (0–3 fortemente ácidas … 11–14 fortemente alcalinas); indicador universal mede pH aproximado. Neutralização: ácido + base → sal + água. (C) Ácidos são doadores de prótons, bases aceptoras de prótons; bases solúveis são bases. (C) Titulação: volume fixo de base com indicador em balão, ácido da bureta gota a gota até a mudança de cor, repetir para resultados concordantes.
Regras de solubilidade: sais de sódio, potássio e amônio — solúveis; todos os nitratos — solúveis; cloretos — solúveis exceto AgCl e PbCl₂; sulfatos — solúveis exceto BaSO₄, CaSO₄ e PbSO₄; carbonatos — insolúveis exceto Na⁺, K⁺, NH₄⁺; hidróxidos — insolúveis exceto Na⁺, K⁺ (Ca(OH)₂ levemente solúvel).
Ácido + metal / base / carbonato forma um sal: ex. Zn + H₂SO₄ → ZnSO₄ + H₂; CuO + 2HNO₃ → Cu(NO₃)₂ + H₂O. Sal solúvel a partir de reagente insolúvel (CuO + H₂SO₄ diluído morno): adicionar base em excesso, filtrar, evaporar, cristalizar. (C) De ácido + base: titular, depois evaporar. (C) Sal insolúvel: misturar duas soluções para formar um precipitado (Pb(NO₃)₂ + Na₂SO₄ → PbSO₄↓ + 2NaNO₃), filtrar, lavar, secar.
Testes químicos
Gases: hidrogênio — palito aceso faz estalido; oxigênio — reacende palito incandescente; dióxido de carbono — torna a água de cal turva; amônia — torna litmo úmido vermelho azul; cloro — decolora papel de litmo úmido branco. Cátions: testes de chama (Li⁺ vermelho, Na⁺ amarelo, K⁺ lilás, Ca²⁺ laranja-vermelho, Cu²⁺ azul-esverdeado); NH₄⁺ aquece com NaOH(aq) liberando amônia; Cu²⁺/Fe²⁺/Fe³⁺ formam precipitados azul/esverdeado/marron-ferrugem com NaOH(aq). Ânions: Cl⁻/Br⁻/I⁻ formam precipitados branco/creme/amarelo-pálido com nitrato de prata acidificado; SO₄²⁻ forma precipitado branco com cloreto de bário acidificado; CO₃²⁻ efervesce com HCl diluído liberando CO₂. Água: transforma sulfato de cobre(II) anidro branco → azul; amostra pura de água ferve exatamente a 100 °C.
Verifique você mesmo
- Descreva a tendência de reatividade no Grupo 1 e dê a razão (C) eletrônica.
- O que se observa ao adicionar água clorada ao brometo de potássio e por quê?
- Cite os quatro gases mais abundantes no ar seco com porcentagens aproximadas.
- Cite as duas condições necessárias para a ferrugem do ferro e dois métodos de prevenção.
- Defina oxidação e redução em termos de elétrons.
- (C) Por que o alumínio é extraído por eletrólise, mas o ferro por redução com carbono?
- Quais cloretos são insolúveis e quais sulfatos?
- Escreva a equação da reação do óxido de cobre(II) com ácido sulfúrico.
- Descreva as cores da prova de chama para sódio, potássio e cobre.
- Descreva o teste para íons sulfato e o resultado positivo.
Respostas: 1 reatividade aumenta ao longo do grupo (B1); (C) o elétron externo está em uma camada mais distante do núcleo, logo é perdido mais facilmente; 2 a solução fica laranja — o cloro desloca o bromo porque é um halogênio mais reativo; 3 nitrogênio ≈78 %, oxigênio ≈21 %, argônio ≈0.96 %, dióxido de carbono ≈0.04 %; 4 oxigênio e água; métodos de barreira (tinta/graxa/plástico) e galvanização ou zinco sacrificial; 5 oxidação é perda de elétrons, redução é ganho; 6 (C) o alumínio está acima do carbono na série de reatividade, então o carbono não pode reduzir seu óxido — é necessária eletrólise da alumina fundida; o ferro está abaixo do carbono, então o carbono o desloca do seu óxido; 7 AgCl e PbCl₂; BaSO₄, CaSO₄ e PbSO₄; 8 CuO(s) + H₂SO₄(aq) → CuSO₄(aq) + H₂O(l); 9 sódio amarelo, potássio lilás, cobre azul-esverdeado; 10 acidificar com ácido clorídrico diluído, adicionar solução de cloreto de bário — um precipitado branco de BaSO₄ confirma o sulfato.