Modelos Gerais de Ácidos, Bases e Reações Ácido-Base

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1 Modelos Gerais de Ácidos, Bases e Reações Ácido-Base Prof.: Willame Bezerra

2 A Química dos Ácidos e Bases Os ácidos e as bases estão presentes em toda parte. Os vulcões e as fontes térmicas podem ser muito ácidos pela presença de SO 2 e do HCl. Na maioria das águas de fontes naturais estão carbonatos, básicos, além de outras substâncias como boratos, fosfatos, arsenatos, silicatos e amônia. Os alimentos contêm ácidos naturais e o metabolismo do nosso organismo está regulado pelas reações entre ácidos e bases. Assim, não provoca espanto o estudo centenário que se faz em torno dos ácidos e das bases.

3 1. Modelos gerais de ácidos, bases e reações ácido-base Conceito de Arrhenius Um dos primeiros conceitos, ainda em uso foi o proposto pelo químico suíço Svante Arrhenius em Ácido é substância que contêm hidrogênio e libera íon hidrogênio (H + ) como um dos produtos de sua ionização em água. Mais adiante, ficou comprovado que os íons H + reagem intensamente com a água, tornando íons hidrogênio ou hidrônio (H 3 O + ). H + + H 2 O H 3 O +

4 Esta reação pode ainda ser representada estruturalmente: H + + H O H H O H H + Exemplos: H 2 O HNO 3 H + + NO 3 - ou HNO 3 + H 2 O H 3 O + + NO 3 - H 2 O HC H + + C - ou HC + H 2 O H 3 O + + C -

5 Base de Arrhenius é o composto que libera íons hidróxido em água. Ou seja, em solução aquosa se dissocia produzindo como único ânion o OH. Exemplos: H 2 O NaOH Na + + OH - H 2 O Ca(OH) 2 Ca OH - H 2 O A (OH) 3 A OH -

6 DISSOCIAÇÃO X IONIZAÇÃO Dissociação é apenas a separação de partículas, enquanto na ionização há formação de íons. De acordo com Arrhenius toda base deveria ser constituída por um metal e por íons OH. Posteriormente, descobriam-se bases não metálicas. Exemplo: H 2 O NH 4 OH NH OH -

7 Um ácido de Arrhenius e uma base de Arrhenius reagem um com a outra numa reação de neutralização que leva a um sal e água. Exemplos: HC (aq) + NaOH (aq) NaC (aq) + H 2 O ( ) 2 HNO 3(aq) + Fe(OH) 2(s) Fe(NO 3 ) 2(aq) + 2 H 2 O ( ) O modelo de Arrhenius limita-se a soluções aquosas, pois se refere a íons (H 3 O + e OH ) provenientes da água. Ele restringe enormemente o número de reações que podem ser consideradas como sendo do tipo ácido-base. Um conceito mais geral de ácidos e bases deveriam ser apropriado também para outros solventes. Ao longo dos anos, foram propostos outros modelos de ácidos e bases.

8 Conceito de Brönsted Lowry Em 1923, Johannis N. Brönsted, em Capenhague (Dinamarca) e Thomas M. Lowry, em Cambridge (Inglaterra) sugeriram, simultaneamente e independentemente, novo modelo para o comportamento dos ácidos e bases. Ácido é qualquer substância capaz de doar prótons (H + ) a qualquer substância. Exemplos: HNO 3(aq) + H 2 O ( ) H 3 O + (aq) + NO 3 - (aq) (ácido) NH 4 + (aq) + H 2 O ( ) (ácido) H 2 PO 4 - (aq) + H 2 O ( ) (ácido) H 3 O + (aq) + NH 3 (aq) H 3 O + (aq) + HPO 4-2 (aq)

9 Base é qualquer substância que pode receber prótons (H + ) de outra substância. Exemplos: NH 3 (aq) + H 2 O ( ) (base) CO 3-2 (aq) + H 2 O ( ) (base) PO 4-3 (aq) + H 2 O ( ) (base) HC (aq) + NH 3 (aq) (ácido) (base) NH 4 + (aq) + OH - (aq) HCO 3 - (aq) + OH - (aq) HPO 4-2 (aq) + OH - (aq) NH 4 + (aq) + C - (aq)

10 PARES ÁCIDO-BASE CONJUGADOS Um par de compostos Neutros ou íons que diferem pela presença de uma unidade H + é um par ácido-base conjugado. Exemplos: Ácido 1 Base 2 Ácido 2 Base 1 1 HC (aq) + H 2 O ( ) H 3 O + (aq) + C - (aq) 2 CH 3 CO 2 H (aq) + H 2 O ( ) 1 2 H 3 O + (aq) + CH 3 CO 2 - (aq) HCN (aq) + H 2 O ( ) 1 2 H 3 O + (aq) + CN - (aq) Pares conjugados: Ácido Base + próton

11 Toda reação ácido-base que envolve transferência de H + tem dois ácidobase conjugados. Segundo Brönsted Lowry, quanto mais forte for um ácido, mais fraca será sua base conjugada e vice-versa. SUBSTÂNCIAS ANFIPRÓTICAS OU ANFÓTERAS São moléculas ou íons que podem se comportar como ácido ou como base de Brönsted. Exemplo: HC (aq) + H 2 O ( ) H 3 O + (aq) + C - (aq) NH 3 (aq) + H 2 O ( ) H 2 PO 4 - (aq) + H 2 O ( ) H 2 PO 4 - (aq) + H 2 O ( ) NH 4 + (aq) + OH - (aq) H 3 O + (aq) + HPO 4-2 (aq) H 3 PO 4 (aq) + OH - (aq)

12 O modelo de Brönsted Lowry amplia consideravelmente o panorama das reações ácido-base de Arrhenius das reações em um aspecto importante. Para uma espécie atuar como ácido, deverá conter um átomo de hidrogênio ionizável. O modelo de ácido base de Lewis remove esta restrição. Conceito de Lewis Em 1926, o físico-químico americano Gilbert Newton Lewis, criador da regra do octeto, propôs uma teoria na idéia do compartilhamento de um par de elétrons entre um ácido e uma base. Ácido é uma substância que pode receber um par de elétrons, de um outro átomo para formar uma nova ligação. (ligação covalente coordenada ou dativa)

13 Base é uma substância que pode ceder um par de elétrons para outro átomo, formando uma nova ligação. Uma reação ácido-base no sentido de Lewis só pode ocorrer se houver uma molécula (ou íon) com um par de elétrons que possa ser cedido e uma outra molécula (ou íons) que possa receber este par de elétrons. Exemplo: A + B B A (ácido) (base) H + + NH 3 NH 4 +

14 Alguns ácidos e bases de Lewis: Ácidos: H +, AlCl 3, BF 3, Be 2+, Zn 2+, CO 2 Bases: H 2 O, NH 3, Cl, OH Nota: Os ácidos de Lewis são também chamados de eletrófilo. As bases de Lewis são também chamadas de nucléofilas.

15 Comparando os conceitos de Arrhenius, Brönsted-Lowry e Lewis. Através dos exemplos abaixo, vamos demonstrar a relação que há entre os conceitos estudados. 1ª. Reação: ácido clorídrico mais hidróxido de sódio ambos vem em solução aquosa. HC (aq) + NaOH (aq) 2ª. Reação: ácido clorídrico mais amônia ambos no estado gasoso. HC (g) + NH 3 (g) NaC (aq) + H 2 O ( ) NH 4 + (g) + C - (g) 3ª. Reação: trifluoreto de boro mais amônia, ambos no estado gasoso. BF 3 (g) + NH 3 (g) NH 3 BF 3 (g)

16 MODELOS 1ª. Reação 2ª. Reação 3ª. Reação Arrhenius Aplicável Não se aplica a fase gasosa Não se aplica a fase gasosa Brönsted Lowry Aplicável Aplicável Não se aplica, pois não há transferência de H + Lewis Aplicável Aplicável Aplicável Observamos que o conceito de Lewis é o mais abrangente dos três.

17 Resumo: MODELOS ÁCIDO BASE Arrhenius Fornece H + à água Fornece OH á água Brönsted Lowry Doador de H + Receptor de H + Lewis Receptor de elétrons Doador de par de elétrons

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