1 Universidade Federal de Minas Gerais Instituto de Cincias Exatas Departamento de Qumica Conceitos de cidos e Bases Prof. Gilson de Freitas Silva 2 cidos e Bases cido: substncia ou on capaz de doar prtons e que reage com base para formar sal e gua (HOUAISS). Base: substncia que libera o on hidroxila (OH) em soluo aquosa; substncia ou on capaz de reagir com um prton (on hidrognio)paraformarumnovocomposto;substnciaque reagecom(ouneutraliza)cidosparaformarsalegua (HOUAISS).3 cidos e Bases Classificao de cidos e bases Arrhenius (1884) Bronsted-Lowry (1923) Lewis (1923) Pearson (1963) Lux-Flood Sistema Solvente Usanovich menos comuns 4 Conceito de Arrhenius cido:espciequeemsoluoaquosaliberaonsH+. Exemplos: HCl, H2SO4, HBrO3, HNO3. Base:espciequeemsoluoaquosaliberaonsOH. Exemplos: NaOH, Ca(OH)2, KOH, Fe(OH)2. Importante: a espcie deve conter H ou OH (constitutivo). 5 Conceito de Bronsted-Lowry cido: espcie capaz de doar um prton (H+). Base: espcie capaz de receber um prton (H+). Este conceito mais amplo e no limitado pelo solvente. HClO4(aq)+H2O(l)H3O+(aq)+ClO4(aq) pKa = - 1,6 NH3(g)+H2O(l)NH4+(aq)+OH(aq) pKb = 4,75 NH4+(aq)+S2(aq)NH3(aq)+HS(aq) HClO4(aq)+NH3(aq)NH4+(aq) + ClO4(aq) 6 Foras relativas de cidos e bases cidosBases Conjugadas HII HBrBr H2SO4 HSO4 HNO3 NO3 H3O+ H2O HNO2 NO2 H3CCOOHH3CCOO H2SHS NH4+ NH3 HCO3 CO32 H2OOH H2 H OH O2 Aumento da fora cida Aumento da fora bsica 7 cidosebasesfortes:asespciesestoquasecompletamente ionizadasemgua.Exemplos:HClO4(pKa=-1,6),HSCN(pKa=- 1,8), NaOH, Ca(OH)2, HIO4 (pKa = 1,64), Cl3CCOOH (pKa = 0,66). cidos e bases fracas: as espcies esto pouco ionizadas em gua. Exemplos: HF (pKa = 3,20), HN3 (pKa = 4,6), H2NOH (pKb = 8,06), H3CCOOH (pKa = 4,76), H2O (pKa = 14), H2S (pKa1 = 7,04 e pKa2 = 19), H3PO4 (pKa1 = 2,12, pKa2 = 7,21 e pKa3 = 12,67). Acidez dos ons metlicos: Ca2+ (pKa = 12,6, ri = 1,00 ), Mg2+ (pKa = 11,4, ri = 0,72 ), Sr2+ (pKa = 13,2, ri = 1,18 ), Al3+ (pKa = 5,0). 8 Explorando os conhecimentos adquiridos... 1.Escrevaequaesqumicasquerepresentemosdoisequilbriosdetransferncia deprtons(emsistemaaquoso)paraoscompostosabaixo.Identifiqueemcada equilbrio os pares cido-base conjugados. a) HCO3b) HPO42c) HC2O4d) NH3 2.Quaisdasreaesrepresentadasabaixopodemserclassificadascomoreaes entre cidos e bases de Bronsted-Lowry? Identifique os cidos e as bases em cada processo. a)NH4I(aq)+H2O(l)NH3(aq)+H3O+(aq)+I(aq) b)NH4I(s)NH3(g)+HI(g) c)H3CCOOH(aq)+NH3(aq)H3CCONH2(aq)+H2O(l) d)NH4I(am)+KNH2(am)KI(am)+2 NH3(l) e)PO43-(aq)+H2O(l)HPO42-(aq)+OH-(aq) 9 Estrutura Molecular e a Fora de cidos/Bases A fora da ligao qumica A eletronegatividade O estado de oxidao cido/basepKa/pKbcido/basepKa/pKb H2S7,05H2Te2,60 HClO7,40HIO10,5 HClO2 1,94HClO4 1,60 Al3+ 5,0Ca2+ 12,6 Regras de Pauling: (1) para o oxocido OpE(OH)q, pKa 8 5p; (2) os valores sucessivos de pKa dos cidos poliprticos (q > 1) aumentam de 5 unidades para cada transferncia sucessiva de prton. 10 Conceito de Lewis cido: espcie capaz de aceitar um par eletrnico. Base: espcie capaz de doar um par eletrnico. ConhecimentosobreaestruturadeLewisdasespcies importante. H2O(l)+CO2(g)H2CO3(aq) BF3(g)+N(CH3)3(g)F3B-N(CH3)3(g) O aduto mais estvel com o BBr3. ligao ! Reatividade do SiF4 e do CF4 frente a ons fluoreto (formao de SiF62 e CF62, respectivamente): o que ocorre? 1111 Explorando os conhecimentos adquiridos... 1. Considereasseguintesespciesqumicas:xidodeenxofre(VI),tricloretode alumnio,pentafluoretodeantimnioeonxido.Apresenteasestruturasde Lewisparacadaumadelas.ConsiderandoateoriadeLewis,indiqueo comportamento cido/bsico de cada uma delas. 2. Osulfetodealumnio,Al2S3,emiteumodorcaractersticodesulfetode hidrognioquandomido.Escrevaaequaoqumicabalanceadaque representa a reao que ocorre e discuta a ocorrncia da reao considerando as classificaes de cidos e bases. 3. Determinequaldoscidos,emcadaparabaixo,omaisforteeexpliquesua escolha. a) HBrO3 e HBrOb) HF e HClc) HClO4 e H3PO4 Conceito de Pearson cido: recebe o par de eltrons. Base: doa o par de eltrons. cido Duro nmero de oxidao elevado (carga positiva); raio inico/atmico pequeno. cido Macio nmero de oxidao baixo; raio inico/atmico relativamente grande. 12 Base Dura baixa polarizabilidade; elevada eletronegatividade. Base Macia elevada polarizabilidade; baixa eletronegatividade. Conceito de Pearson 13 14 Polarizabilidade 15 Emgeral,oscidossoidentificadoscomodurosoumaciospelaestabilidade termodinmica dos complexos que eles formam. Fe3+(aq)+6 F(aq)[FeF6]3(aq)Kformao = 2 1015 Fe3+(aq)+SCN(aq) [FeSCN]2+(aq)Kformao = 1,4 103 Hg2+(aq)+4 I(aq)[HgI4]2(aq) Kformao = 6,58 1029 Hg2+(aq)+4 NH3(aq)[Hg(NH3)4]2+(aq)Kformao = 1,26 1019 Emgeral,oscidossoidentificadoscomodurosoumaciospelaestabilidade termodinmica dos complexos que eles formam. EspciesDUROSFRONTEIRAMACIOS cidos H+,Li+,Na+,K+,Be2+, Mg2+,Ca2+,Cr2+,Cr3+, Al3+, SO3, BF3 Fe2+,Co2+,Ni2+,Cu2+, Zn2+, Pb2+, SO2, BBr3 Cu+, Ag+, Au+, Tl+, Hg+, Pd2+,Cd2+,Pt2+,Hg2+, BH3,M0 (metaisno oxidados) Bases F,OH,H2O,NH3, CO32,NO3,O2, SO42, PO43, ClO4 NO2,SO32,N3,N2, C6H5N, SCN, Br H,R,CN,CO,I-, SCN,R3P,C6H6,R2S, RSH Conceito de Pearson 16 Estabilidade (Kformao) S>N>O metais com + eltrons d. O>N>S metais com nenhum oupoucos eltrons d. 17 EspciesDUROSFRONTEIRA cidos H+,Li+,Na+,K+, Be2+,Mg2+,Ca2+, Cr2+,Cr3+,Al3+, SO3, BF3 Fe2+,Co2+,Ni2+, Cu2+,Zn2+,Pb2+, SO2, BBr3 18 Explorando os conhecimentos adquiridos... 1.Aplicando a classificao de Pearson, indique quais das seguintes reaes devem apresentar uma constante de equilbrio maior do que 1. a)R3PBBr3(g)+R3NBF3(g)R3PBF3(g)+R3NBBr3(g) b)SO2(g)+(C6H5)3PHOC(CH3)3(g)(C6H5)3PSO2(g)+HOC(CH3)3(g) c)H3CHgI(g)+HCl(g)H3CHgCl(g)+HI(g) d)[AgCl2]-(aq)+CN-(aq)[Ag(CN)2]-(aq)+2 Cl-(aq) 2. Fornea a equao de dissoluo do vidro (SiO2) pelo HF e interprete a reao a partir dos conceitos cido-base de Lewis e de Bronsted-Lowry. 19 Conceito do Sistema Solvente (1905) Todosolventecapazdesofrerumprocessodeauto-ionizao, gerando o ction (cido) e nion (base) caractersticos. cido:espciecapazdeaumentaraconcentraodoction caracterstico do solvente. Base:espciecapazdeaumentaraconcentraodonion caracterstico do solvente. 2 H2O(l)H3O+(aq)+OH(aq)K = 1 1014 2 NH3(l)NH4+(am)+NH2(am)K = 1 1029 2 H2SO4(l)H3SO4+(sulf)+HSO4(sulf)K = 1 104 20 Conceito do Sistema Solvente (1905) Efeito nivelador do solvente: em gua, todos os cidos mais fortes que o on H3O+, so nivelados para a acidez deste on. A constante de autoprotlise de um solvente tem um papel decisivo para a distino da fora cida ou bsica da espcie nele dissolvido. O que se pode esperar da solubilizao de cido perclrico (HClO4, pKa = -1,6) e cido actico (H3CCOOH, pKa = 4,76) em gua e amnia? 2121 Conceito de Lux-Flood (1939-1947) cido: espcie capaz de receber um nion xido (O2). Base: espcie capaz de doar um nion xido (O2). Este conceito importante quando se pensa na qumica que envolve os xidos fundidos. CaO(l)+SiO2(l)CaSiO3(l) SiO2+H2OH2SiO3(reao muito lenta) UmabasedeLux-Floodumxidobsicoeumcidode Lux-Flood um xido cido. 22 Conceito de Lux-Flood (1939-1947) H = (aB aA)2 23 Conceito de Usanovich (1939) cido:espciecapazdereagircomumabase,doando ctions, ou aceitando nions ou eltrons. Base: espcie capaz de reagir com um cido, doando nions eltrons, ou combinando-se com ctions. umconceitopoucodifundido,pormeleenglobaas reaesdeoxidaoereduo(emfunodisso,recebe crticas da comunidade cientfica).