Teoria ácido-base de Brønsted-Lowry - Brønsted–Lowry acid–base theory

A teoria de Brønsted-Lowry (também chamada de teoria do próton de ácidos e bases ) é uma teoria da reação ácido-base que foi proposta independentemente por Johannes Nicolaus Brønsted e Thomas Martin Lowry em 1923. O conceito fundamental desta teoria é que quando um ácido e um as bases reagem entre si, o ácido forma sua base conjugada e a base forma seu ácido conjugado pela troca de um próton (o cátion de hidrogênio, ou H + ). Esta teoria é uma generalização da teoria de Arrhenius .

Definições de ácidos e bases

Johannes Nicolaus Brønsted e Thomas Martin Lowry , independentemente, formularam a ideia de que os ácidos são doadores de prótons (H + ), enquanto as bases são aceitadores de prótons.

Na teoria de Arrhenius , os ácidos são definidos como substâncias que se dissociam em solução aquosa para dar H + (íons de hidrogênio), enquanto as bases são definidas como substâncias que se dissociam em solução aquosa para dar OH - (íons de hidróxido).

Em 1923, os físicos químicos Johannes Nicolaus Brønsted na Dinamarca e Thomas Martin Lowry na Inglaterra propuseram independentemente a teoria que leva seus nomes. Na teoria de Brønsted-Lowry, os ácidos e as bases são definidos pela maneira como reagem entre si, o que permite uma maior generalidade. A definição é expressa em termos de uma expressão de equilíbrio

ácido + basebase conjugada + ácido conjugado .

Com um ácido, HA, a equação pode ser escrita simbolicamente como:

O sinal de equilíbrio, ⇌, é usado porque a reação pode ocorrer nas direções para frente e para trás. O ácido, HA, pode perder um próton para se tornar sua base conjugada, A - . A base, B, pode aceitar um protão a tornar-se o seu ácido conjugado, HB + . A maioria das reações ácido-base são rápidas, de modo que os componentes da reação geralmente estão em equilíbrio dinâmico entre si.

Soluções aquosas

O ácido acético, CH3COOH, é composto por um grupo metil, CH3, ligado quimicamente a um grupo carboxilato, COOH.  O grupo carboxilato pode perder um próton e doá-lo para uma molécula de água, H2O, deixando para trás um ânion acetato CH3COO− e criando um cátion hidrônio H3O +.  Esta é uma reação de equilíbrio, então o processo reverso também pode ocorrer.
O ácido acético , um ácido fraco , doa um próton (íon hidrogênio, destacado em verde) para a água em uma reação de equilíbrio para dar o íon acetato e o íon hidrônio . Vermelho: oxigênio, preto: carbono, branco: hidrogênio.

Considere a seguinte reação ácido-base:

O ácido acético , CH 3 COOH, é um ácido porque doa um próton para a água (H 2 O) e se torna sua base conjugada, o íon acetato (CH 3 COO - ). H 2 O é uma base porque aceita um próton de CH 3 COOH e se torna seu ácido conjugado, o íon hidrônio , (H 3 O + ).

O reverso de uma reação ácido-base também é uma reação ácido-base, entre o ácido conjugado da base na primeira reação e a base conjugada do ácido. No exemplo acima, o acetato é a base da reação reversa e o íon hidrônio é o ácido.

O poder da teoria de Brønsted-Lowry é que, em contraste com a teoria de Arrhenius, ela não requer um ácido para se dissociar.


Substâncias anfotéricas

A natureza anfotérica da água

A essência da teoria de Brønsted-Lowry é que um ácido só existe como tal em relação a uma base e vice-versa . A água é anfotérica , pois pode atuar como ácido ou como base. Na imagem mostrado na molécula de um direito de H 2 O actua como uma base e de ganhos de H + para se tornarem H 3 O + , enquanto os outros actua como um ácido e perde H + para se tornarem OH - .

Outro exemplo é fornecido por substâncias como o hidróxido de alumínio , Al (OH) 3 .

, agindo como um ácido
, atuando como uma base

Soluções não aquosas

O íon hidrogênio, ou íon hidrônio, é um ácido de Brønsted-Lowry em soluções aquosas, e o íon hidróxido é uma base, em virtude da reação de autodissociação

Uma reação análoga ocorre na amônia líquida

Assim, o íon amônio, NH+
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, desempenha o mesmo papel na amônia líquida que o íon hidrônio na água e o íon amida, NH-
2
, é análogo ao íon hidróxido. Os sais de amônio se comportam como ácidos e as amidas como bases.

Alguns solventes não aquosos podem se comportar como bases, ou seja, aceitadores de prótons, em relação aos ácidos de Brønsted-Lowry.

onde S representa uma molécula de solvente. Os mais importantes desses solventes são dimetilsulfóxido , DMSO e acetonitrila , CH 3 CN, uma vez que esses solventes têm sido amplamente usados ​​para medir as constantes de dissociação de ácido de moléculas orgânicas. Como o DMSO é um aceptor de prótons mais forte do que H 2 O, o ácido se torna um ácido mais forte neste solvente do que na água. Na verdade, muitas moléculas se comportam como ácidos em solução não aquosa, mas não em solução aquosa. Um caso extremo ocorre com os ácidos de carbono , onde um próton é extraído de uma ligação CH.

Alguns solventes não aquosos podem se comportar como ácidos. Um solvente ácido aumentará a basicidade das substâncias nele dissolvidas. Por exemplo, o composto CH 3 COOH é conhecido como ácido acético devido ao seu comportamento ácido na água. No entanto, ele se comporta como uma base em cloreto de hidrogênio líquido , um solvente muito mais ácido.

Comparação com a teoria ácido-base de Lewis

No mesmo ano em que Brønsted e Lowry publicaram sua teoria, GN Lewis propôs uma teoria alternativa de reações ácido-base. A teoria de Lewis é baseada na estrutura eletrônica . Uma base de Lewis é definida como um composto que pode doar um par de elétrons a um ácido de Lewis , um composto que pode aceitar um par de elétrons. A proposta de Lewis dá uma explicação para a classificação de Brønsted-Lowry em termos de estrutura eletrônica.

Nesta representação, tanto a base, B, e a base conjugada, uma - , está representado como sendo portador de um par de electrões desemparelhados e o protão, que é um ácido de Lewis, são transferidos entre eles.

Aduto de amônia e trifluoreto de boro

Lewis escreveu mais tarde em "Restringir o grupo de ácidos às substâncias que contêm hidrogênio interfere tão seriamente na compreensão sistemática da química quanto faria a restrição do termo agente oxidante a substâncias contendo oxigênio ". Em teoria de Lewis um ácido, A, e uma base, B : , formar um aducto, AB, em que o par de electrões é utilizado para formar uma ligação covalente dativa entre A e B. Isto é ilustrado com a formação do aduto de H 3 N-BF 3 de amônia e trifluoreto de boro , uma reação que não pode ocorrer em solução aquosa porque o trifluoreto de boro reage violentamente com a água em uma reação de hidrólise.

Essas reações ilustram que o BF 3 é um ácido nas classificações de Lewis e Brønsted-Lowry e enfatiza a consistência entre as duas teorias.

O ácido bórico é reconhecido como um ácido de Lewis, em virtude da reacção

Nesse caso, o ácido não se dissocia, é a base, H 2 O, que se dissocia. Uma solução de B (OH) 3 é ácida porque íons de hidrogênio são liberados nesta reação.

Há fortes evidências de que as soluções aquosas diluídas de amônia contêm quantidades desprezíveis do íon amônio

e que, quando dissolvida em água, a amônia funciona como uma base de Lewis.

Comparação com a teoria Lux-Flood

As reações entre óxidos no estado sólido ou líquido não estão incluídas na teoria de Brønsted-Lowry. Por exemplo, a reação

não se enquadra no escopo da definição de Brønsted-Lowry de ácidos e bases. Por outro lado, o óxido de magnésio atua como uma base quando reage com uma solução aquosa de um ácido.

Dissolvido SiO 2 foi previsto para ser um ácido fraco, no sentido de Bronsted-Lowry.

De acordo com a teoria Lux-Flood, compostos como MgO e SiO 2 no estado sólido podem ser classificados como ácidos ou bases. Por exemplo, o mineral olivina pode ser considerado como um composto de um óxido básico, MgO, com um óxido ácido, sílica, SiO 2 . Esta classificação é importante em geoquímica .

Referências