TEORIAS ÁCIDO BASE. Prof. Cristiano Torres Miranda Disciplina: Química Inorgânica I Turma Q33

Transcrição

1 TEORIAS ÁCIDO BASE Prof. Cristiano Torres Miranda Disciplina: Química Inorgânica I Turma Q33

2 1 Antoine Lavoisier (1776) Humphry Davy (1810)

3 SUMÁRIO Definição de Arrhenius Definição pelo Sistema Solvente Definição de Lux-Flood Definição de Bronsted-Lowry Definição de Lewis Definição de Usanovich Ácidos e Bases Duros e Macios (Pearson) 2

4 Ácido: Toda substância que produz íons H + em solução aquosa. HCl H + + Cl - Base: Toda substância que produz íons OH - em solução aquosa. NaOH Na + + OH - 3 Svant Arrhenius

5 DEFINIÇÃO DE ARRHENIUS Reação Ácido-Base segundo Arrhenius É uma reação de neutralização. H + + OH - H 2 O H neutralização = 54,5 kj mol Limitada ao comportamento em soluções aquosas! 4

6 Muitos solventes se autoionizam com a formação de espécies catiônicas e aniônicas: 2 H 2 O H 3 O + + OH - Hidrônio K w = [H 3 O + ] [OH - ] = ph neutro -1/2 log K w Hidróxido 5

7 DEFINIÇÃO PELO SISTEMA SOLVENTE O efeito de nivelação : H 2 O + HClO 4 H 3 O + + ClO 4-25/05/2016 QM83A - Universidade Tecnológica Federal do Paraná 6

8 Hermann Lux e Håkon Flood MgO(s) + CO 2 (g) MgCO 3 (s) (base) (ácido) 25/05/2016 QM83A - Universidade Tecnológica Federal do Paraná Sistemas não protônicos. 7

9 Ácido: Toda substância que tende a doar um próton (H + ) quando em solução. HCl + H 2 O H 3 O + + Cl - Ácido 1 Base 2 Ácido 2 Base 1 Base: Toda substância que tende a aceitar um próton (H + ) quando em solução. 8

10 DEFINIÇÃO DE BRONSTED-LOWRY Reação Ácido-Base segundo Bronsted-Lowry Envolve a competição de um próton entre duas bases. Introduz o conceito de pares conjugados. Se o ácido é forte, a base conjugada é fraca. Se a base é forte, o ácido conjugado é fraco. Um ácido tem comportamento ácido independente do solvente, e uma base tem comportamento básico independente do solvente. 9

11 Efeito Nivelador Do Solvente A força de um ácido está associada à tendência em se doar um próton - quanto mais forte é um ácido mais fraca é sua base conjugada. A força da base está associada à tendência em se receber um próton - quanto mais forte é uma base mais fraco é seu ácido conjugado. A FORÇA DA BASE EM SE REMOVER OS PRÓTONS DOS ÁCIDOS QUASE COMPLETAMENTE; OU SEJA, O EQUILÍBRIO DE DISSOCIAÇÃO TENDE PARA A DIREITA HClO 4 + H 2 O H 3 O + + ClO - 4 solvente fortemente básico DEFINIÇÃO DE BRONSTED-LOWRY 25/05/2016 QM83A - Universidade Tecnológica Federal do Paraná HClO 4 + HC 2 H 3 O 2 H 2 C 2 H 3 O ClO - 4 solvente menos básico 10

12 A força de um ácido de Bronsted HX (aq) + H 2 O (l) H 3 O + (aq) + X - (aq) ácido forte base conjugada fraca! 2H 2 O (l) K b = OH BH + [B] H 3 O + (aq) + OH - (aq) [OH] H + H 2 O anfiprótica B (aq) + H 2 O (l) K a = X H 3 O + [HX] K a > 1 p Ka < 0 ácido forte K w = H 3 O + OH = K w = K a K b p Kw = p Ka + p Kb = 14 +H + H 3 O + DEFINIÇÃO DE BRONSTED-LOWRY BH + (aq) + OH - (aq) 25/05/2016 QM83A - Universidade Tecnológica Federal do Paraná K b > 1 p Kb < 0 base forte base forte ácido conjugado fraco! 11

13 Ácidos polipróticos DEFINIÇÃO DE BRONSTED-LOWRY 25/05/2016 ácido fosfórico QM83A - Universidade Tecnológica Federal do Paraná 12

14 DEFINIÇÃO DE BRONSTED-LOWRY 25/05/2016 Johannes Nicolaus Brønsted (1923) Thomas Martin Lowry QM83A - Universidade Tecnológica Federal do Paraná 13

15 H Ácido: Toda substância receptora de par de elétrons. Base: Toda substância doadora de par de elétrons. H B H + H Gilbert Newton Lewis 1916 N H H H H H B N Ácido Base Formação de uma nova ligação covalente coordenada H H H 14 14

16 Reação Ácido-Base segundo Lewis DEFINIÇÃO DE LEWIS Toda reação entre um ácido e uma base de Lewis envolve a formação de um nova ligação covalente coordenada. É uma teoria mais abrangente. Os conceitos de Arrhenius e Bronsted-Lowry são aplicáveis à reações em soluções aquosas. 15

17 Exemplos de ácidos e bases de Lewis Molécula com octeto incompleto: DEFINIÇÃO DE LEWIS 25/05/2016 Cátion metálico: [Mg(H 2 O) 6 ] NH 3 [Mg(NH 3 ) 6 ] H 2 O Expansão do octeto de moléculas ou íons: I 2 + I I 3 QM83A - Universidade Tecnológica Federal do Paraná 16

18 25/05/2016 Ácido: qualquer espécie química que reage com bases, fornece cátions ou aceita ânions ou elétrons; Base: qualquer espécie que reage com ácidos, fornece ânions ou elétrons, ou combina com cátions. OH - + CO 2 HOCO 2 - QM83A - Universidade Tecnológica Federal do Paraná 17

19 Ralph G. Pearson 1963 Ba 2+ < Sr 2+ < Ca 2+ < Mg 2+ < Mn 2+ < Fe 2+ < Co 2+ < Ni 2+ < Cu 2+ > Zn 2+. Ácidos e bases duros Ácidos e bases moles série de estabilidade de Irving-Williams Classe a Classe b Ácidos duros ligam-se na ordem: I - < Br - < Cl - < F - Ácidos moles ligam-se na ordem F - < Cl - < Br - < I - 18

20 ÁCIDOS E BASES DUROS E MACIOS 25/05/2016 QM83A - Universidade Tecnológica Federal do Paraná Gráfico 1. Tendências nas constantes de estabilidade e a classificação de cátions como duros, de fronteira, e mole. Íons de fronteira são indicados por linhas verdes e podem ser de fronteira mole ou de fronteira duro. 19

21 ÁCIDOS E BASES DUROS E MACIOS Íons metálicos da classe (a) incluem os íons de: a) metais alcalinos, b) metais alcalinos terrosos e c) metais de transição mais leves em seus estados de oxidação mais altos como Ti 4+, Cr 3+, Fe 3+, Co 3+ e o íon H +. Íons metálicos da classe (b) incluem os íons de: d) metais de transição mais pesados e e) os estados de oxidação mais baixos, como Cu +, Ag +, Hg +, Hg 2+, Pd 2+ e Pt 2+. Tabela 1. Estabilidade dos complexos de acordo com a preferência pelos íons metálicos. 20

22 ÁCIDOS E BASES DUROS E MACIOS 25/05/2016 QM83A - Universidade Tecnológica Federal do Paraná 21

23 Tabela 2. Classificação dos ácidos duros e moles ÁCIDOS E BASES DUROS E MACIOS 22

24 ÁCIDOS E BASES DUROS E MACIOS Tabela 3. Classificação das bases duras e moles 23

25 ÁCIDOS E BASES DUROS E MACIOS 24

26 ÁCIDOS E BASES DUROS E MACIOS Tabela 4. Basicidade em relação ao próton e ao cátion metilmercúrio 25

27 ÁCIDOS E BASES DUROS E MACIOS 26 Gráfico 2. O efeito Irving-Willians: a estabilidade crescente na série Ba - Cu decresce em Zn.

28 ÁCIDOS E BASES DUROS E MACIOS 25/05/2016 QM83A - Universidade Tecnológica Federal do Paraná 27

29 ÁCIDOS E BASES DUROS E MACIOS 25/05/2016 QM83A - Universidade Tecnológica Federal do Paraná 28

30 ÁCIDOS E BASES DUROS E MACIOS 25/05/2016 LiF = +573, CsF = +502, LiI = +347, CsI = +335 (kj mol-1) QM83A - Universidade Tecnológica Federal do Paraná 29

31 ÁCIDOS E BASES DUROS E MACIOS Gráfico 3. Relação entre energia e distância de ligação para ligações homopolares. A linha superior é somente para elementos do Grupo 14, a linha inferior é para o conjunto todo. 30

32 1. SHRIVER, D. F., ATIKINS, P. W. Química Inorgânica. Porto Alegre: Bookman BARROS, H. L. C. Química Inorgânica uma introdução. Belo Horizonte, UFMG, LEE, J. D. Química Inorgânica não tão concisa. São Paulo, Edgard Blucher, CHRIS J. J. A química dos elementos dos blocos d e f. Porto Alegre: Bookman, /05/2016 QM83A - Universidade Tecnológica Federal do Paraná 31