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1 TEORIAS ÁCIDO - BASE 1 8 MÓDULO Teorias Ácido-Base Modernas A Teoria Ácido-Base de Arrhenius não consegue explicar o comportamento de substâncias ácidas e básicas em meio não aquoso, e também está restrita a substâncias que possuem hidrogênio na sua constituição. Duas teorias, denominadas teorias modernas, foram desenvolvidas na tentativa de explicar o comportamento ácido-base das substâncias que não são contempladas pelas definições de Arrhenius. Teoria de Brönsted-Lowry Essa teoria também é chamada de Teoria Protônica e foi proposta, em 1923, por T. M. Lowry e por J. N. Brönsted. De acordo com tal teoria, ácido é uma espécie capaz de doar prótons, enquanto base é a espécie receptora de prótons. ÁCIDO: doa H+ (próton) BASE: recebe H+ (próton) Exemplos: Observe que, nos exemplos A e B, a água apresentou um comportamento duplo, de ácido e de base. Na verdade, a água é uma substância anfótera, e pode apresentar o seguinte equilíbrio A Teoria de Brönsted-Lowry nos permite determinar, no caso das reações reversíveis, os pares ácido-base conjugados, analisando o ácido e a base no sentido indireto da reação. Exemplos: HCN e CN–; NH4 + e NH3; H3O+ e H2O são pares conjugados ácido-base. Eles diferem entre si por um próton. A neutralização, segundo essa teoria, não se restringe à formação de sais, mas à transferência de prótons de um ácido para uma base. REAÇÃO DE NEUTRALIZAÇÃO: Envolve transferência de próton (H+) Em relação à capacidade de doar ou de receber prótons, os solventes podem ser divididos em quatro tipos: os ácidos, ou protogênicos, que possuem capacidade de doar prótons (HF, H2SO4, HCN, CH3COOH, HCOOH, C6H5OH); os básicos, ou protofílicos, que são capazes de receber prótons (NH3, N2H4, NH2OH , aminas); os anfipróticos, com capacidade tanto de doar como de receber prótons (H2O, álcoois); e os apróticos, incapazes de atuar tanto como doadores quanto como fixadores de prótons (C6H6, CHCl3, C2H4Cl2). Essa teoria é mais ampla do que a de Arrhenius, pois não depende do solvente, mas se restringe ao âmbito da transferência de prótons. Teoria de Lewis É chamada de Teoria Eletrônica dos Ácidos e Bases, tendo sido proposta em 1923 por G. N. Lewis. Segundo essa teoria, ácidos são espécies “aceptoras” de pares eletrônicos numa ligação coordenada, ao passo que bases são espécies “doadoras” de pares eletrônicos numa ligação coordenada. ÁCIDO: aceptor de pares eletrônicos BASE: doadora de pares eletrônicos Exemplos: TEORIAS ÁCIDO - BASE 2 MÓDULO 8 As bases de Lewis são nucleófilas (doadoras de pares eletrônicos) e podem ser moléculas, desde que possuam um átomo que apresente ao menos um par de elétrons não compartilhado (NH3, H2O, PH3), ou ânions, que sempre possuem ao menos um par de elétrons não compartilhado, o que lhes permite funcionar sempre como um “doador” de pares de elétrons (Cl–, CN–, OH–). Os ácidos de Lewis são substâncias carentes de elétrons, eletrofílicas, que podem receber pares eletrônicos em ligações coordenativas. Eles podem ser moléculas, quando possuem um átomo com o octeto incompleto (BF3, AlCl3), ou cátions simples, nos quais a presença de carga iônica positiva nos leva a concluir que um cátion é uma estrutura eletrofílica (Ag+, Cu2+, Co2+). A teoria eletrônica de Lewis para ácidos e bases é mais ampla do que as anteriores. Não depende do meio, da presença de íons, da transferência de prótons ou da presença ou ausência de um solvente. No entanto, reduz a reação de neutralização a um fenômeno de coordenovalência (ligação coordenada). REAÇÃO DE NEUTRALIZAÇÃO: Envolve formação de ligação coordenada Exercícios Propostos 01 - (UFRGS RS) Considere a reação abaixo. Assinale a alternativa que preenche corretamente as lacunas do enunciado abaixo, na ordem em que aparecem. O composto BF3 apresenta uma geometria ........ e atua como ........ ao reagir com água. a) trigonal plana – ácido de Lewis b) tetraédrica – base de Lewis c) tetraédrica – ácido de Lewis d) trigonal plana – base de Lewis e) piramidal – ácido de Lewis 02 - (UNITAU SP) A molécula de ATP contém a base adenina ligada à pentose, que está ligada a 3 grupos fosfatos, como apresentado na figura (a), em pH 7,4. A ligação entre os fosfatos é chamada de ligação fosfoanidrido. O ATP dentro das células pode se ligar com Mg2+, tal como apresentado na figura (b). Nesse caso, o íon Mg2+ comporta-se a) como ácido de Lewis. b) como base de Lewis. c) como ácido de Brönsted-Lowry. d) como base de Brönsted-Lowry. e) nem como ácido nem como base. 03 - (UEL PR) Leia o texto a seguir. Diferentes métodos são utilizados por profissionais da área de Ciência Forense para determinar a quanto tempo o indivíduo veio a óbito. Pesquisadores brasileiros reportaram que existe uma relação linear entre a concentração de Fe2+ no corpo vítreo do olho com o intervalo pós-morte. Este método é baseado em uma reação de Fe2+ com orto-fenantrolina como agente TEORIAS ÁCIDO - BASE 3 MÓDULO 8 cromogênico realizada em um dispositivo de papel, cujo produto da reação apresenta coloração alaranjada. Desta forma, quanto maior o tempo de intervalo pós-morte maior a intensidade de coloração do produto. (Adaptado de: GARCIA, P.T.; GABRIEL, E.F.M.; PESSÔA, G.S.; SANTOS JUNIOR, J.C.; MOLLO FILHO, P. C.; GUIDUGLI, R.B.F.; HÖEHR, N.F.; ARRUDA, M.A.Z.; COLTRO, W.K.T, Analytica Chimica Acta, v. 974, n.29, p.69-74, 2017). A equação química da reação de Fe2+ com orto- fenantrolina é apresentada na figura seguir. Considerando os conceitos, as definições de ácido e base e a reação química apresentada, assinale a alternativa correta. a) O íon Fe2+ é uma base de Lewis e a molécula de orto-fenantrolina é um ácido de Bronsted. b) O íon Fe2+ é um ácido de Lewis e a molécula de orto-fenantrolina é uma base de Lewis. c) O íon Fe2+ é um ácido de Arrhenius e a molécula de orto-fenantrolina é uma base de Bronsted. d) O íon Fe2+ é uma base de Arrhenius e a molécula de orto-fenantrolina é um ácido de Arrhenius. e) O íon Fe2+ é um ácido de Bronsted e a molécula de orto-fenantrolina é uma base de Arrhenius. 04 - (UNITAU SP) Quais das substâncias presentes na reação abaixo agem como bases ou com bases conjugadas? H2SO4 + HNO3 H2NO + 3 + HSO4 a) H2SO4 e HNO3 b) H2NO + 3 e HSO − 4 c) HNO3 e HSO − 4 d) H2SO4 e H2NO + 3 e) HNO3 e H2NO + 3 05 - (UNIFOR CE) A água é um dos melhores solventes, capaz de dissolver grande parte das substâncias conhecidas como sais, gases, açucares, proteínas, etc. Em muitas reações, apresenta um comportamento ambíguo ora atuando como ácido, ora como base. Observe as equações abaixo: I. CO3 2– + H3O+ HCO3 – + H2O II. H–1 + H2O H2 + OH–1 III. NH4 +1 + H2O NH3 + H3O+ IV. NH2 –1 + H2O NH3 + O– V. CH3COO–1 + H2O CH3COOH + OH–1 A água apresenta comportamento ácido de Bronsted- Lowry somente nas reações: a) I, II e IV. b) II, III e IV. c) II IV e V. d) I, III e V. e) I, III e IV. 06 - (UDESC SC) Numere a coluna relacionando a descrição da função química à espécie que ela representa. 1. NH4 + 2. CO2 3. NH3 4. KMnO4 ( ) É um óxido, nesta classe de compostos o elemento oxigênio é o elemento mais eletronegativo. ( ) É uma base e, segundo Brønstead-Lowry, pode receber um ou mais prótons. ( ) É um ácido, segundo Brønstead-Lowry, cuja definição de ácido é qualquer espécie química que exiba tendência a doar prótons (íons H+). ( ) É um sal, e essa classe de compostos é um dos produtos da reação entre um ácido e uma base. Assinale a alternativa que contém a sequência correta, de cima para baixo. a) 4 – 3 – 1 – 4 b) 2 – 3 – 4 – 1 c) 3 – 4 – 1 – 2 d) 1 – 2 – 3 – 4 e) 2 – 3 – 1 – 4 07 - (FGV SP)A teoria ácido-base de Brönsted-Lowry tem grande importância e aplicação na química, pois ela pode ser útil para elucidar mecanismos de reações e, portanto, otimizar suas condições para aplicações em processos industriais. Considere as reações: I. CN– + H2O HCN + OH– TEORIAS ÁCIDO - BASE 4 MÓDULO 8 II. CN– + NH3 HCN + NH2 – III. H2O + NH3 NH4 + + OH– De acordo com essa teoria ácido-base, o cianeto, em I e II, e a amônia, em II e III, são classificados, respectiva e corretamente, como: a) base, base, ácido, base. b) base, base, base, ácido. c) base, ácido, base, ácido. d) ácido, ácido, base, ácido. e) ácido, base, ácido, base. 08 - (UDESC SC) Em relação à equação abaixo, assinale a alternativa que contém a classificação da função química de cada espécie, a) 1 e 4 são ácidos, 2 e 3 são bases. b) 1 é base, 2 é ácido e 3 e 4 são sais. c) 1 e 3 são ácidos, 2 e 4 são bases. d) 1 é ácido, 2 é base e 3 e 4 são sais. e) 1 e 3 são bases, 2 e 4 são ácidos. 09 - (UNIRG TO) Dadas as seguintes equações químicas e tendo em mente a teoria ácido-base de Lowry e Brönsted: HCl + H2O → H3O+ + Cl– NH3 + H2O → NH4 + + OH– NH3 + HCl → NH4 + + Cl– Assinale a única alternativa correta. a) NH4 + é a base conjugada de NH3. b) A molécula de H2O funciona como espécie anfiprótica. c) HCl e H3O+ formam um par ácido-base conjugado de Lowry e Brönsted. d) Num par ácido-base conjugado de Lowry e Brönsted, quanto mais forte é o ácido, mais forte é a sua base conjugada. 10 - (UFJF MG) De acordo com as teorias de Arrhenius, Brönsted-Lowry e Lewis, diferentes substâncias podem ser reconhecidas como ácidos ou bases. Assinale a alternativa que apresenta substâncias classificadas como ácidos de acordo com as teorias de Arrhenius, Brönsted-Lowry e Lewis, respectivamente. a) HCl, H2SO4, NH3 b) NH3, HCl, HCN c) H2SO4, CN–, NH4 + d) NaOH, CH3COO–, SO4 2– e) H2SO4, HCl, NH4 + 11 - (FGV SP) A amônia é um composto muito versátil, pois seu comportamento químico possibilita seu emprego em várias reações químicas em diversos mecanismos reacionais, como em I. HBr (g) + NH3(aq) → NH4 +(aq) + Br–(aq) II NH3(g) + CH3 –(g) → CH4(g) + NH2 –(g) De acordo com o conceito ácido-base de Lewis, em I a amônia é classificada como _______. De acordo com o conceito ácido-base de Brösnted-Lowry, a amônia é classificada em I e II, respectivamente, como _______ e _______. Assinale a alternativa que preenche, correta e respectivamente, as lacunas. a) base … ácido … base b) base … base … ácido c) base … ácido… ácido d) ácido … ácido … base e) ácido … base … base 12 - (UEG GO) De modo geral, as moléculas apresentam um comportamento de um ácido ou uma base, dependendo do ambiente químico em que se encontram. Nesse contexto, abaixo são apresentadas quatro reações ácido- base. As equações químicas descritas, que representam reações ácido-base segundo a teoria de Brönsted-Lowry, são, respectivamente: a) I e II b) I e IV TEORIAS ÁCIDO - BASE 5 MÓDULO 8 c) II e III d) III e IV 13 - (FM Petrópolis RJ) O propranolol é um fármaco inibidor da ação da noradrenalina em receptores -adrenérgicos, e, por isso, tem uma ação de diminuir a pressão arterial. Quimicamente, é semelhante à própria noradrenalina e caracteriza-se por ter uma fração ionizada em solução aquosa, conforme a Figura a seguir. O N H OH O NH2 OH + Nesse contexto, considere as afirmativas a seguir. I. Para Lewis, uma base caracteriza-se por ser capaz de receber um par de elétrons. II. Segundo a defi nição de base por Brønsted- Lowry, o propranolol comporta-se como base por receber um H+. III. No conceito de Arrhenius, um ácido é aquela substância que libera íons H+ em solução aquosa. É correto APENAS o que se afirma em a) I b) II c) III d) I e II e) II e III 14 - (ITA SP) Assinale a opção que contém a base conjugada de OH–. a) O2– b) O– c) O2 – d) H2O e) H+ 15 - (PUC RJ) Na molécula da amônia, cada átomo de hidrogênio tem seu elétron comprometido na formação de uma ligação covalente com o nitrogênio. Por outro lado, o nitrogênio possui um par de elétrons não ligantes, representado por dois pontos (:). Existem várias teorias que definem substâncias como ácido e base. Uma delas é a teoria de Lewis que pode classificar o :NH3 como base por causa da: a) liberação de três íons H+ quando é dissolvido em água. b) doação do par de elétrons não ligantes a se combinar. c) aceitação de íons F– ao reagir com BF3. d) liberação de íons OH– quando na forma gasosa reagir com gás O2. e) formação de íons :NH2 – quando solubilizado e água ao aceitar um elétron não-ligante a mais. 16 - (UFPE) Observe a reação abaixo: A respeito do fenômeno químico representado e sabendo que os números atômicos de N e B são respectivamente 7 e 5, analise as proposições abaixo. 00. Ambos os reagentes possuem moléculas com geometria trigonal plana. 01. NH3 é uma molécula polar, enquanto BF3 é uma molécula apolar. 02. A reação descrita representa uma neutralização ácido-base de Arrhenius. 03. A ligação B-N é iônica, o que justifica as cargas parciais formadas nos átomos de B e N. 04. O BF3 atua como um ácido de Brönsted-Lowry, pois possui um orbital p vazio na camada de valência. 17 - (FGV SP) A água participa em reações com diversas espécies químicas, o que faz com que ela seja empregada como solvente e reagente; além disso, ela toma parte em muitos processos, formando espécies intermediárias e mais reativas. I. HNO2 + H2O → NO2 – + H3O+ II. NH3 + H2O → NH4 + + OH– TEORIAS ÁCIDO - BASE 6 MÓDULO 8 III. O2– + H2O → OH– + OH– De acordo com a teoria de ácidos e bases de Brönsted- Lowry, a classificação correta da água nas equações I, II e III é, respectivamente: a) base, base e ácido. b) base, ácido e ácido. c) base, ácido e base. d) ácido, base e ácido. e) ácido, base e base. 18 - (UNIUBE MG) Uma maneira de extração do petróleo atualmente é através do présal, mesmo sendo um método que produz grande poluição devido aos seus muitos derivados, como, por exemplo, o enxofre, o dióxido de carbono e outros gases poluentes. Acredita-se que esses fatores devem ser considerados na decisão de exploração desse tipo de petróleo, pois os benefícios podem significar a contramão do processo de evolução do homem. Outro fator importante é que os oceanos, além das plantas, atuam na retirada do excesso de dióxido de carbono da atmosfera em aproximadamente 30% do que é emitido no mundo anualmente, e podendo interferir na formação de corais, conchas, podendo comprometer a cadeia alimentar dos animais marinhos. O gás carbônico, quando reage com a água, pode formar os seguintes equilíbrios químicos: CO2(g) + H2O(l) → H2CO3(aq) H2CO3(aq) + H2O(l) → H3O+(aq) + HCO3 –(aq) HCO3 –(aq) + H2O(l) → H3O+(aq) + CO3 2–(aq) Observando essas reações, é possível afirmar que: I. A água é considerada um ácido de Arrhenius ao interagir com o dióxido de carbono. II. O H2CO3 é um ácido de Bronsted e Lowry. III. O íon H3O+ é um ácido conjugado, segundo Bronsted e Lowry. IV. As espécies na equação química H2CO3 e HCO3 são consideradas, respectivamente, ácido e base conjugada, segundo Bronsted e Lowry. V. As espécies HCO3 – e CO3 2– podem ser consideradas, respectivamente, ácido e base conjugada, segundo Bronsted e Lowry. Estão CORRETAS as afirmativas contidas em: a) I, II e IV, apenas b) II, III, e V, apenas c) I, II, V, apenas d) I, III, IV e V, apenas e) II, III, IV e V, apenas 19 - (Unimontes MG) Os ácidos conjugados das bases a seguir encontram-se CORRETAMENTE relacionados em Bases Ácidos conjugados a) CO3 2– H2CO3 b) CN– HCN c) SeO4 2– H4SeO4 D) CHO2– HCH2O TEXTO: 1 - Comumà questão: 20 Considere o equilíbrio químico abaixo: H2PO4 –(aq) + NH3(aq) → HPO4 2–(aq) + NH4 +(aq) 20 - (PUC RJ) De acordo com o conceito de Brönsted-Lowry que define, num equilíbrio, o ácido e a base levando em conta a espécie que doa e a espécie que recebe prótons (H+), é correto afirmar que: a) NH3 é a base conjugada do ácido NH4 + b) NH4 + é a base conjugada do ácido HPO4 2– c) H2PO4 – é o ácido conjugado da base NH3 d) HPO4 2– é o ácido conjugado da base NH4 + e) HPO4 2– é o ácido conjugado da base H2PO4 – Gabarito dos Exercícios Propostos 1) Gab: A 2) Gab: A 3) Gab: B 4) Gab: C 5) Gab: C 6) Gab: E 7) Gab: A 8) Gab: A 9) Gab: B TEORIAS ÁCIDO - BASE 7 MÓDULO 8 10) Gab: E 11) Gab: B 12) Gab: C 13) Gab: E 14) Gab: A 15) Gab: B 16) Gab: FVFFF 17) Gab: B 18) Gab: E 19) Gab: B 20) Gab: A