teorias Ácido-base

Teorias Ácido-BaseProf. Fernando R. Xavier

UDESC 2013

Teoria ácido-base de Arrhenius (1884)

“Toda espécie química que, em contato com água, gera íons H+ é considerada um ácido.”

Exemplos:

HClH2O H+ + Cl-

H2SO4H2O 2H+ + SO4

2-

CH3COOHH2O H+ + CH3COO-

“Toda espécie química que, em contato com água, gera íons OH- é considerada uma base.”

Exemplos:

NaOHH2O Na+ + OH-

Ba(OH)2H2O Ba2+ + 2OH-

NH3H2O NH4

+ + OH-

Teoria ácido-base de Arrhenius (1884)

Problema: Todos os experimentos eram restritos ao meio aquoso.

Teoria ácido-base de Brønsted-Lowry (1923)

“Espécies químicas que são capazes de doar prótons (H+) são consideradas ácidos, enquanto espécies químicas que recebem prótons são consideradas bases.”

Exemplo 1: H+

HF(g) + H2O(l) H3O+(aq) + F-

(aq)

ácido base

ácido conjugadoda água

base conjugadado HF

Íon hidrônio

Teoria ácido-base de Brønsted-Lowry (1923)

Exemplo 2:

H+

H2O(l) + H2O(l) OH-(aq) + H3O+

(aq)

ácido 1 base 2 baseconjugada 1

baseconjugada 1

par conjugadopar conjugado

Exercício: Montar as equações de ionização do ácido sulfúrico em meio aquoso e indicar o ácido, a base e seus respectivos ácidos e bases conjugadas.

CH3COOH(s) + NH3(l) NH4+

(sol) + CH3COO-(sol)

-33 oC

H+

ácido base

Exemplo 2:Meio não-aquoso!

ácido conjugadoda amônia

base conjugadado ácido acético

Teoria ácido-base de Brønsted-Lowry (1923)

Teoria ácido-base de Brønsted-Lowry (1923)

Teoria ácido-base de Brønsted-Lowry (1923)

Teoria ácido-base de Brønsted-Lowry (1923)

“Quando uma espécie doa um próton, a espécie resultante se torna sua base conjugada.”

Resumindo:

CH3COOH CH3COO-

ácido base conjugada

“Quando uma espécie recebe um próton, a espécie resultante se torna seu ácido conjugado.”

NH3 NH4+

ácido conjugadobase

Teoria ácido-base de Lewis (1923)

“Espécies químicas que são capazes de aceitar pares eletrônicos são consideradas ácidos, enquanto espécies químicas que podem doar pares eletrônicos são consideradas bases.”

Fato importante: A idéias de Lewis foram publicas no mesmo ano da Teoria de Brønsted-Lowry porém, apenas 10 anos depois se tornaram amplamente aceitas pela comunidade cinetífica.

Consegue explicar fenômenos onde não há tranferência de espécies catiônicas ou aniônicas durante as reações químicas.

De maneira geral temos:

ácidoA x

x

(orbitais vazios)base

B

(pares eletrônicos dispoíveis)

A B

ligação química (aduto ou complexo)

Exemplos:

BF3 + NH3 F3B NH3ácido base produto ácidobase

ClH2O

OHH

H OHH

H++ Cl-

Teste: Indificar quem é o ácido e a base na reação entre amônia e água para a geração do hidróxido de amônio.

Como identificar ácidos e bases de Lewis?

Bases de Lewis: São espécies que possuem pares eletrônicos não ligantes , ou seja, aptos a serem aceitos por ácidos de Lewis. Não necessariamente estão carregadas negativamente (espécies aniônicas).

Exemplos:

água

OHH

-OHíon hidróxido

NH H

H

amônia

I-

íon iodeto

Ácidos de Lewis: Possuem um centro de caráter positivo (+) e orbitais vazios para acomodarem os elétrons oriundos da base. Podem ou não estar carregadas positivamente.

Exemplos:B

Cl ClCl

tricloreto de boro

AlBr Br

Br

tribrometo de alumínio

Fe3+

ferro(III)(íons metálicos)

SO3trióxido de enxofre

Caso 1: Compostos com a camada de valência incompleta podem atuar como ácidos de Lewis.

Ex. Compostos planares de boro - 5B: [He] 2s2 2p1

BH

HH

o boro possui apenas 6e-

na camada de valência

orbital p vazio

BH

HH

fórmula de Lewis

BH H

H

XX

boro com 8 e-

na camada de valência

Ácidos de Lewis

Caso 2: Cátions metálicos podem aceitar pares eletrônicos para gerar compostos de coordenação (íons complexos).

Co2+ + 6

ácido

OHH

Co

OH2

OH2

OH2

H2O

H2O

OH2

base

2+

Ex. Formação de cátions complexos

Ácidos de Lewis

Pt2+ + 4 P3ácido

PtP3

3P

3P

P3base

2+

Caso 3: Uma molécula ou íon com seu octeto completo pode rearranjar sua camada de valência para acomodar um par eletrônico adicional.

CO O -OH

ácidobase

C

OH

-O O

Caso 4: Uma molécula ou íon pode expandir sua camada de valência (ou ter raio suficientemente grande) para acomodar pares eletrônicos extras.

Ex. Formação do ânion hidrogenocarbonato (bicarbonato)

Si

F

F F

F+ 2 F- Si

F

F

F

F

F

F

2-

ácidobase

Ex. Formação do ânion hexafluoreto de silício

Atividade: Identificar o ácido e a base de Lewis em cada uma das reações químicas a seguir:

BrF3 + F- BrF4-a)

b) H- + H2O H2 + -OH

c) Pt2+ + 4Cl- [PtCl4]2-

d) BCl3 + OCl3B O

Força ácida e força básica:

Podem ser avaliadas em termos de eletronegatividade e/ou densidade eletrônica () dos átomos doadores (bases) e receptores (ácidos) nas espécies em questão:

“A força ácida de Lewis de uma espécie é aumentada quando a densidade eletrônica do átomo receptor é reduzida.”

Ex.1: Sejam os compostos de boro e os seguintes halogênios:

BX

XX

orbital p vazio

onde X = F, Cl, Br

Eletronegatividade

F 3,98

Cl 3,16

Br 2,96

Logo a força ácida de Lewis é:

BF3 > BCl3 > BBr3

Ex.2: Avaliação da força ácida em íons metálicos do grupo 1:

Força ácida e força básica:

M+

(ácido)

M

OH2

OH2

OH2

H2O

H2O

OH2

+

H2O (base)

Raio iônico / raio atômico

“Espécies de menor raio iônico tem suas cargas concentradas no espaço, logo são melhores ácidos de Lewis.”

1. Identificar dentre os seguintes pares qual é o composto mais ácido:

(a) [Fe(OH2)6]2+ e [Fe(OH2)6]3+

(b) [Al(OH2)6]3+ e [Ga(OH2)6]3+

Atividades:

2. Organizar em ordem de basicidade os seguintes compostos:

NH3C

H3CH3C P

H3C

H3CH3C As

H3C

H3CH3C

3. Organizar em ordem de acidez os seguintes óxidos:

Al2O3, B2O3, BaO, CO2, Cl2O7, SO3

Classificação das reações ácido-base de Lewis:

1. Reações de simples troca:

Ocorre quando um ácido ou base é substituído por outro em um aduto pré-existente.

Exemplo:

B OF

FF

CH3

CH3

+ N B NF

FF

aduto base'

+ OCH3

CH3

baseaduto

Genericamente temos:

B + B'A B' + BA

Classificação das reações ácido-base de Lewis:

2. Reações de dupla troca (metátese*):

Ocorre quando ácidos e bases são substituídos em uma reação entre adutos pré-existentes .

*Do grego metathesis, significando “troca”.

Exemplo:

Si IH3C

H3CH3C + +AgBr(s) Si Br

H3C

H3CH3C AgI(s)

Genericamente temos:

B +A B' +AA' B' BA'

Identificar os ácidos e bases de Lewis das reações a seguir:

B SCl

ClCl

CH3

CH3

+ PH3 ?

Atividades:

KCl + SnCl2 K+ + [SnCl3]-

AsF3 + SbF5 [AsF2]+ + [SbF6]-