Ciência

Existe uma substância tão ácida que tem o pH negativo?

Até existe. Mas é preciso descrevê-la com base em algo chamado "função de acidez de Hammett", criada para lidar com ácidos extremamente fortes.

Por Bruno Vaiano SEGUIR SEGUINDO
Atualizado em 23 out 2020, 17h31 - Publicado em 23 out 2020, 16h40

Existe. Embora a maior parte dos livros didáticos represente a escala de pH contida entre 1 e 14, podem existir substâncias tão básicas que atingem pH 15 ou 16 – e substâncias tão ácidas que passam do zero e atingem valores negativos.

Por exemplo: uma solução de ácido clorídrico com 37% de concentração tem pH -1,1. Fontes de água quente próximas ao vulcão Ebeko, no extremo leste da Rússia, contém ácido clorídrico (HCl) e ácido sulfúrico (H₂SO₄), e atingem um pH estimado em -1,7. Os dados foram extraídos deste artigo.

Para calcular esses valores, porém, precisamos de algo chamado função de acidez de Hammett, que é um passo além da química do ensino médio. Vamos começar dando um passo atrás e explicando a definição (ou melhor, às definições) de acidez e basicidade.

O que são acidos e bases?

Tudo começa com um átomo de hidrogênio, que é algo modesto: consiste em uma partícula de carga elétrica positiva chamada próton, acompanhada de seu fiel escudeiro: um elétron, que é uma partícula menor, de carga elétrica negativa.⠀
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O hidrogênio adora fazer parcerias por aí. Muitas vezes, ele encontra um átomo de um elemento mais gordo, tipo um cloro, que precisa muito de um elétron. Como o hidrogênio também está em busca de um elétron para fazer par com seu elétron solitário, ele une forças ao cloro e eles formam uma molécula. No caso, um ácido clorídrico (HCl). ⠀
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(É isso que dá liga a toda molécula: o compartilhamento de elétrons entre átomos. Essa vontade de se juntar é tão irrefreável que, na falta de outro elemento, o hidrogênio gruda até em si próprio. Na atmosfera, é encontrado na forma H₂: dois hidrogênios compartilhando seus elétrons solitários, como filhos únicos que se unem para compensar a falta de irmãos.) ⠀
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Bonito. Pena que a ligação não é esse mar de rosas todo. A molécula de ácido clorídrico é ácida justamente porque o cloro tem uma certa tendência a mandar o hidrogênio embora e roubar o elétron dele. Divórcio sem separação de bens. ⠀
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O hidrogênio, então, vira apenas um próton solitário. Com carga elétrica positiva. Você pode chamá-lo de “H positivo”, ou “H⁺”. Esse próton sai por aí enfurecido, procurando alguém com quem se ligar para afogar as mágoas e ter um elétron de volta. É isso que torna o ácido clorídrico um ácido: a vontade de doar um próton. Todo ácido doa prótons, na definição de Brønsted e Lowry. Grosso modo, quanto maior é a média de prótons enxotados por uma molécula, menor é seu pH. Ou seja: mais forte é o ácido. ⠀

Se o ácido clorídrico estiver diluído em água, boas notícias! A água é uma substância anfótera, ou seja: ela é um ácido e base ao mesmo tempo. A molécula de H₂O, graças a um processo chamado autoionização, chuta um de seus prótons espontaneamente (o que a torna, por definição, um ácido).⠀

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Mas o que sobra quando um H₂O chuta fora um H é só um OH. E esse OH roubou um elétron do H, lembra? O que lhe deixa com carga elétrica negativa. Um OH negativo. E adivinha qual é a definição de base? Pois é: uma substância que doa um OH negativo, ou OH^–. (Essa é a definição de um químico chamado Arrhenius, que é mais tradicional, e diferente da de Brønsted e Lowry.)
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Repetindo, só para reforçar: a água é duas caras. Quando ela se quebra, ela fornece, ao mesmo tempo, um OH negativo, que permite classificá-la como base, e um H positivo – isto é, um próton solitário –, o que permite classificá-la como ácido. É por isso que o pH dá água é neutro.⠀
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O próton expulso pelo cloro (que é um H positivo) logo encontra um OH negativo dissociado da molécula de água à qual costumava pertencer. E aí os dois se juntam e formam o que? Pois é, uma água de novo. Ah, como são bonitos os ciclos. Mas vamos voltar da divagação.

O que é a escala pH?

Quando falamos em pH, o primeiro passo é partir da premissa de que estamos falando de um ácido diluído em água. O que o pH faz é nos dizer o número de prótons que esse ácido soltou na água. Mais precisamente, um pH igual à zero equivale a dizer que há 600000000000000000000000 prótons livres. Esse número enorme, um seis seguido de 23 zeros, é o famoso mol. Um mol de hidrogênios abandonados sem lenço, documento nem elétron. Trata-se de uma solução muito ácida.

A escala pH é logaritmica. Em português claro, isso significa que, conforme o valor aumenta, a concentração de prótons cai dez vezes. Uma solução com pH 1 tem dez vezes menos prótons que uma de pH 0. Uma solução de pH 2 tem dez vezes menos prótons que uma de pH 1 (e, por consequência, cem vezes menos que uma de pH 0). Quanto mais baixo o pH, mais ácida é a solução. A escala está ao contrário. É por isso que um ácido de pH 0 é muito mais forte que um de pH 5.

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Para obter um pH negativo, portanto, basta arranjar uma solução que tem mais do que um mol de prótons. Acidos extremamente fortes são difíceis de descrever, para isso existe a função de acidez de Hammett, que é química em nível universitário. Em laboratório, já se obteve ácidos com pH inferior a -20. Evidentemente eles não estavam diluídos em água: estamos falando de química extremamente avançada. Um estímulo divertido para quem está achando as aulas do ensino médio sonolentas demais.