Ácido Fórmico (HCOOH): Estrutura, Usos e Propriedades

Ácido fórmico ou ácido metanóico É o composto mais simples e menor de todos os ácidos orgânicos. É também conhecido como ácido metanóico e sua fórmula molecular é HCOOH, tendo apenas um átomo de hidrogênio ligado ao átomo de carbono. Seu nome deriva da palavra fórmica, que em latim significa formiga.

Os naturalistas do século XV descobriram que certos tipos de insetos (os formicidae), como formigas, cupins, abelhas e besouros, secretam esse composto responsável por suas dolorosas mordidas. Além disso, esses insetos usam o ácido fórmico como mecanismo de ataque, defesa e sinalização química.

Possua glândulas venenosas que excretam este e outros ácidos (por exemplo, ácido acético) como um spray para o exterior. O ácido fórmico é mais forte que o ácido acético (CH3COOH); portanto, dissolvido em quantidades iguais em água, o ácido fórmico produz soluções com valores de pH mais baixos.

O naturalista inglês John Ray conseguiu o isolamento do ácido fórmico no ano de 1671, destilado de grandes quantidades de formigas.

Por outro lado, a primeira síntese bem-sucedida deste composto foi feita pelo químico e físico francês Joseph Gay-Lussac, usando ácido cianídrico (HCN) como reagente.

Onde está?

O ácido fórmico pode estar presente em níveis terrestres, como componente de biomassa ou na atmosfera, envolvido em um amplo espectro de reações químicas; Pode até ser encontrado sob o piso, dentro do óleo ou na fase gasosa em sua superfície.

Em termos de biomassa, insetos e plantas são os principais geradores desse ácido. Quando os combustíveis fósseis são queimados, produzem ácido fórmico gasoso; Consequentemente, os motores dos veículos liberam ácido fórmico na atmosfera.

No entanto, a Terra abriga um número exorbitante de formigas, e entre todas elas são capazes de produzir em um ano milhares de vezes a quantidade de ácido fórmico gerada pela indústria humana. Da mesma forma, incêndios florestais representam fontes de gás de ácido fórmico.

Mais acima, na complexa matriz atmosférica, ocorrem processos fotoquímicos que sintetizam o ácido fórmico.

Neste ponto, muitos compostos orgânicos voláteis (COVs) são degradados sob os efeitos da radiação ultravioleta, ou são oxidados por mecanismos de radicais livres OH. A rica e complexa química atmosférica é de longe a fonte predominante de ácido fórmico no planeta.

Estrutura

Na imagem superior, a estrutura de um dímero de fase gasosa de ácido fórmico é ilustrada. As esferas brancas correspondem aos átomos de hidrogênio, as esferas vermelhas correspondem aos átomos de oxigênio e as esferas pretas correspondem aos átomos de carbono.

Nestas moléculas, dois grupos podem ser vistos: o hidroxil (-OH) e o formil (-CH = O), ambos capazes de formar pontes de hidrogênio.

Essas interações são do tipo O-H-O, sendo os grupos hidroxila os doadores do H e os grupos formila os doadores do O.

No entanto, o H ligado ao átomo de carbono não possui essa capacidade. Essas interações são muito fortes e, devido ao átomo H pobre em elétrons, o hidrogênio do grupo OH é mais ácido; Portanto, este hidrogênio estabiliza as pontes ainda mais.

Como resultado do acima exposto, o ácido fórmico existe na forma de um dímero e não como uma molécula individual.

Estrutura cristalina

À medida que a temperatura cai, o dímero direciona suas ligações de hidrogênio para gerar a estrutura mais estável possível junto com os outros dímeros, criando assim cadeias α e β infinitas de ácido fórmico.

Outra nomenclatura é a dos conformistas «cis» e «trans». Neste caso, "cis" é usado para designar grupos orientados na mesma direção e "trans" para aqueles grupos em direções opostas.

Por exemplo, na cadeia α, os grupos formila "apontam" para o mesmo lado (o lado esquerdo), em contraste com a cadeia β, onde esses grupos formilo apontam para lados opostos (imagem superior).

Essa estrutura cristalina depende das variáveis ​​físicas que atuam nela, como pressão e temperatura. Assim, as cadeias são conversíveis; isto é, sob condições diferentes, uma cadeia "cis" pode ser transformada em uma cadeia "trans" e vice-versa.

Se as pressões aumentarem para níveis drásticos, as cadeias são comprimidas o suficiente para serem consideradas um polímero cristalino de ácido fórmico.

Propriedades

- O ácido fórmico é um líquido à temperatura ambiente, incolor e com um cheiro forte e penetrante. Tem um peso molecular de 46 g / mol, funde a 8, 4 ° C e tem um ponto de ebulição de 100, 8 ° C, superior ao da água.

- É miscível em água e em solventes orgânicos polares, como éter, acetona, metanol e etanol.

- Por outro lado, em solventes aromáticos (como benzeno e tolueno) é ligeiramente solúvel, porque o ácido fórmico mal tem um átomo de carbono em sua estrutura.

- Tem um pKa de 3, 77, mais ácido do que o ácido acético, o que pode ser explicado porque o grupo metil contribui com densidade eletrônica para o átomo de carbono oxidado pelos dois oxigênios. Isso resulta em uma leve diminuição na acidez do próton (CH ₃ COOH, HCOOH).

- Deprotonado o ácido, este torna-se o formato de ânion HCOO-, que pode deslocar a carga negativa entre os dois átomos de oxigênio. Portanto, é um ânion estável e explica a alta acidez do ácido fórmico.

Reações

O ácido fórmico pode ser desidratado em monóxido de carbono (CO) e água. Na presença de catalisadores de platina, também pode ser decomposto em hidrogênio molecular e dióxido de carbono:

HCOOH (l) → H2 (g) + CO2 (g)

Esta propriedade permite que o ácido fórmico seja considerado uma maneira segura de armazenar hidrogênio.

Usos

A indústria alimentar e agrícola

Apesar da nocividade do ácido fórmico, ele é usado em concentrações adequadas como conservante em alimentos devido à sua ação antibacteriana. Pela mesma razão, é usado na agricultura, onde também tem uma ação pesticida.

Apresenta também uma ação conservante nas pastagens, o que ajuda a prevenir gases intestinais em animais reprodutores.

A indústria têxtil e calçadista

É utilizado na indústria têxtil no tingimento e refino de têxteis, sendo talvez o uso mais frequente deste ácido.

O ácido fórmico é utilizado no processamento de couro devido à sua ação desengordurante e à depilação deste material.

Segurança rodoviária nas estradas

Além das utilizações industriais indicadas, os derivados de ácido fórmico (formatos) são utilizados na Suíça e na Áustria em estradas durante o inverno, a fim de reduzir o risco de acidentes. Este tratamento é mais eficiente que o uso de sal comum.