Conteúdo principal
Biblioteca de Química
Curso: Biblioteca de Química > Unidade 13
Lição 1: Ácidos, bases e pH- Ácidos e bases de Arrhenius
- Ácidos e bases de Arrhenius
- pH, pOH, e a escala pH
- Ácidos e bases de Brønsted-Lowry
- Ácidos e bases de Brønsted–Lowry
- Autoionização da água
- Autoionização da água e Kw
- Definição de pH
- Soluções de ácido forte
- Soluções de base forte
- Força do ácido, tamanho do ânion e energia de ligação
- Identificar ácidos fracos e ácidos fortes
- Identificar bases fracas e bases fortes
- Introdução às reações ácido-base
© 2023 Khan AcademyTermos de usoPolítica de privacidadeAviso de cookies
Ácidos e bases de Brønsted-Lowry
Principais pontos
- Um ácido de Brønsted-Lowry é uma espécie capaz de doar um próton —start text, H, end text, start superscript, plus, end superscript.
- Uma base de Brønsted-Lowry é qualquer espécie capaz de aceitar um próton, o que requer um par de elétrons livres para formar a ligação com o start text, H, end text, start superscript, plus, end superscript.
- A água é anfótera, o que significa que ela pode atuar tanto como um ácido de Brønsted-Lowry quanto como uma base de Brønsted-Lowry.
- Ácidos e bases fortes ionizam completamente em solução aquosa, enquanto ácidos e bases fracos ionizam apenas parcialmente.
- A base conjugada de um ácido de Brønsted-Lowry é a espécie formada depois que esse ácido doa um próton. O ácido conjugado de uma base de Brønsted-Lowry é a espécie formada depois que essa base aceita um próton.
- As duas espécies em um par conjugado ácido-base têm a mesma fórmula molecular, exceto pelo fato de que o ácido possui um start text, H, end text, start superscript, plus, end superscript extra se comparado com a base conjugada.
Introdução
No Artigo anterior sobre ácidos e bases de Arrhenius, nós aprendemos que os ácidos de Arrhenius são qualquer espécie capaz de aumentar a concentração de start text, H, end text, start superscript, plus, end superscript em solução aquosa e uma base de Arrhenius é qualquer espécie capaz de aumentar a concentração de start text, O, H, end text, start superscript, minus, end superscript em solução aquosa. A maior limitação da Teoria de Arrhenius é que o comportamento ácido-base só pode ser analisado em água. Nesse artigo, avançaremos em uma Teoria mais abrangente, a de Brønsted-Lowry que abrange um maior número de reações químicas.
Teoria ácido-base de Brønsted-Lowry
A Teoria de Brønsted-Lowry descreve as interações ácido base em termos de transferência de prótons entre as espécies químicas. Um ácido de Brønsted-Lowry é qualquer espécie capaz de doar um próton start text, H, end text, start superscript, plus, end superscript, e uma base é qualquer espécie capaz de aceitar um próton. Em termos de estrutura química, isso significa que qualquer ácido de Brønsted-Lowry deve conter um hidrogênio capaz de dissociar como start text, H, end text, start superscript, plus, end superscript. A fim de aceitar um próton, uma base de Brønsted-Lowry deve receber ao menos um par de elétrons para formar uma nova ligação com o próton.
Usando a definição de Brønsted-Lowry, uma reação ácido-base é qualquer reação em que um próton é transferido de um ácido para uma base. Nós podemos usar a definição de Brønsted-Lowry para discutir reações ácido-base em qualquer solvente, assim como as reações que ocorrem em fase gasosa. Por exemplo, considere a reação da amônia gasosa, start text, N, H, end text, start subscript, 3, end subscript, left parenthesis, g, right parenthesis, com cloreto de hidrogênio gasoso, start text, H, end text, start text, C, l, end text, left parenthesis, g, right parenthesis, para formar start text, N, H, end text, start subscript, 4, end subscript, start text, C, l, end text, left parenthesis, s, right parenthesis:
Esta reação também pode ser representada com a utilização das estruturas de Lewis para os reagentes e produtos, conforme ilustrado abaixo:
Nesta reação, start color #11accd, start text, H, end text, end color #11accd, start text, C, l, end text doa seu próton — em azul — para start text, N, H, end text, start subscript, 3, end subscript. Portanto, start text, H, C, l, end text está agindo como um ácido de Brønsted-Lowry. Já que start text, N, H, end text, start subscript, 3, end subscript tem um par isolado de elétrons para usar como aceptor de próton, start text, N, H, end text, start subscript, 3, end subscript é uma base de Brønsted-Lowry.
Note que de acordo com a Teoria de Arrhenius, a reação acima não seria uma reação ácido-base porquê nenhuma das espécies está formando start text, H, end text, start superscript, plus, end superscript ou start text, O, H, end text, start superscript, minus, end superscript em água. Entretanto, a química envolvida
minus um próton transferido de start text, H, C, l, end text para start text, N, H, end text, start subscript, 3, end subscript formando start text, N, H, end text, start subscript, 4, end subscript, start text, C, l, end text minus é muito parecida com a que ocorreria na fase aquosa.
Para você se familiarizar mais com essas definições, vamos examinar mais alguns exemplos.
Identificação de ácidos e bases de Brønsted-Lowry
Na reação entre ácido nítrico e água, start text, H, N, O, end text, start subscript, 3, end subscript, doa um próton —
em azul — para a água, portanto, atuando como um ácido de Brønsted-Lowry.
Já que a água aceita o próton do ácido nítrico para formar o íon start color #11accd, start text, H, end text, end color #11accd, start subscript, 3, end subscript, start text, O, end text, start superscript, plus, end superscript, a água age como uma base de Brønsted-Lowry. Essa reação favorece bastante a formação dos produtos, então a seta da reação é desenhada apenas para a direita.
Vejamos agora uma reação envolvendo amônia, start text, N, H, end text, start subscript, 3, end subscript, em água:
Nesta reação, a água está doando um de seus prótons para amônia. Depois de perder um próton, a água se torna, start text, O, H, end text, start superscript, minus, end superscript. Já que a água doou um próton, está atuando como um ácido de Brønsted-Lowry. A amônia aceitou um próton da água para formar íon amônio, start text, N, H, end text, start subscript, 4, end subscript, start superscript, plus, end superscript. Portanto, a amônia está atuando como uma base de Brønsted-Lowry.
Nas duas reações anteriores, vemos a água se comportar tanto como uma base de Brønsted-Lowry — na reação com ácido nítrico — quanto como um ácido de Brønsted-Lowry, na reação com a amônia. Devido à habilidade da água de doar e aceitar prótons, ela é conhecida como um composto anfotérico ou anfiprótico, o que significa que pode se comportar tanto como uma base quanto como um ácido de Brønsted-Lowry.
Ácidos fortes e fracos: dissociar ou não dissociar?
Um ácido forte é uma espécie que ioniza completamente os seus constituintes em solução aquosa. Ácido nítrico é um exemplo de ácido forte. Ioniza completamente em água, formando íons, hidrônio start text, H, end text, start subscript, 3, end subscript, start text, O, end text, start superscript, plus, end superscript, e nitrato, start text, N, O, end text, start subscript, 3, end subscript, start superscript, minus, end superscript. Depois que a reação ocorre, há moléculas que não sofreram ionização na solução, no caso, o start text, H, N, O, end text, start subscript, 3, end subscript.
Por outro lado, um ácido fraco não se dissocia completamente em seus íons constituintes. Um exemplo de ácido fraco é o ácido acético, start text, C, H, end text, start subscript, 3, end subscript, start text, C, O, O, H, end text, que está presente no vinagre. O ácido acético se dissocia parcialmente em água para formar os íons hidrônio e acetato start text, C, H, end text, start subscript, 3, end subscript, start text, C, O, O, end text, start superscript, minus, end superscript:
Note que nesta reação temos as setas (do equilíbrio) apontando para ambos os lados: \leftrightharpoons. Isso indica que a ionização do ácido acético está em equilíbrio dinâmico, no qual há uma concentração significativa de moléculas de ácido acético que não estão ionizadas, start text, C, H, end text, start subscript, 3, end subscript, start text, C, O, O, H, end text, assim como há moléculas que sofreram ionização, start text, H, end text, start superscript, plus, end superscript e start text, C, H, end text, start subscript, 3, end subscript, start text, C, O, O, end text, start superscript, minus, end superscript.
Uma pergunta comum é: "Quando você sabe se algo é um ácido forte ou fraco?" Essa é uma excelente pergunta! Uma resposta curta seria dizer que há somente alguns ácidos fortes, e que todo o resto é considerado ácido fraco. Uma vez que estivermos familiarizados com os ácidos fortes mais comuns, nós poderemos facilmente identificar tanto os ácidos fracos quanto os fortes em questões de química.
A tabela a seguir lista alguns exemplos dos ácidos fortes mais comuns:
Ácidos fortes comuns
| Nome | Fórmula |
|---|---|
| Ácido clorídrico | start text, H, C, l, end text |
| Ácido bromídrico | start text, H, B, r, end text |
| Ácido Iodídrico | start text, H, I, end text |
| Ácido sulfúrico | start text, H, end text, start subscript, 2, end subscript, start text, S, O, end text, start subscript, 4, end subscript |
| Ácido nítrico | start text, H, N, O, end text, start subscript, 3, end subscript |
| Ácido perclórico | start text, H, C, l, O, end text, start subscript, 4, end subscript |
Bases fortes e fracas
Uma base forte é uma base que se ioniza completamente em solução aquosa. Um exemplo de base forte é o hidróxido de sódio, start text, N, a, O, H, end text. Em água, o hidróxido de sódio se dissocia completamente em íons hidróxido e íons sódio.
Assim, se preparamos uma solução de hidróxido de sódio em água, somente íons start text, N, a, end text, start superscript, plus, end superscript e start text, O, H, end text, start superscript, minus, end superscript estarão presentes na nossa solução final. Não esperamos ver nenhuma molécula de start text, N, a, O, H, end text não dissociada.
Vejamos agora a amônia, start text, N, H, end text, start subscript, 3, end subscript, em água. A amônia é uma base fraca, então ela irá se ionizar parcialmente em água:
Algumas das moléculas de amônia aceitam um próton da água para formar íons amônio e íons hidróxido. Isso resulta em um equilíbrio dinâmico, no qual as moléculas de amônia estão continuamente trocando prótons com a água, e os íons amônio estão continuamente doando prótons de volta para o hidróxido. A espécie em maior quantidade na solução será a amônia não-ionizada, start text, N, H, end text, start subscript, 3, end subscript, pois a amônia só conseguirá desprotonar a água em uma pequena extensão.
Bases fortes comuns incluem os hidróxidos da família 1A e 2A.
Bases fracas comuns incluem compostos contendo nitrogênio neutro, como: Amônia, trimetilamina e piridina.
Exemplo 1: Escrevendo uma reação ácido-base com hidrogenofosfato
O hidrogenofosfato, start text, H, P, O, end text, start subscript, 4, end subscript, start superscript, 2, minus, end superscript, pode agir como uma base fraca ou como um ácido fraco em solução aquosa.
Qual é a equação balanceada da reação do hidrogenofosfato agindo como uma base fraca em água?
Já que o hidrogenofosfato está atuando como uma base de Brønsted-Lowry, a água deve atuar como um ácido de Brønsted-Lowry. Isso significa que a água vai doar um próton para formar íon hidróxido. A adição de um próton no hidrogenofostato resulta na formação de start text, H, end text, start subscript, 2, end subscript, start text, P, O, end text, start subscript, 4, end subscript, start superscript, minus, end superscript:
Já que o íon hidrogenofosfato está atuando como uma base fraca neste exemplo em particular, precisamos usar setas duplas, \rightleftharpoons, em nossa reação global para mostrar que é reversível. Isso nos dá a seguinte equação balanceada para a reação de hidrogenofosfato atuando como base em água:
Como sabemos se algo como hidrogenofosfato vai atuar como ácido ou base? A resposta curta é: Quando diferentes reações são possíveis, essas reações possuem diferentes constantes de equilíbrio. Qual equilíbrio será favorecido vai depender de fatores como pH da solução e quais outras espécies estão em solução. Essa questão será explicada em mais detalhes quando aprendermos sobre soluções-tampão e titulação.
Verificando o conceito: Como seria a nossa equação balanceada se o hidrogenofosfato agisse como um ácido fraco em solução aquosa?
Pares conjugados ácido-base
Agora que temos conhecimento de ácidos e bases de Brønsted-Lowry, nós podemos discutir o último conceito deste artigo: Pares conjugados ácido-base. Em uma reação ácido base de Brønsted-Lowry, um ácido conjugado é uma espécie formada após a base aceitar um próton. Logo, uma base conjugada é uma espécie formada após o ácido doar seu próton. As duas espécies em um par conjugado ácido-base têm a mesma forma molecular, exceto, o ácido com um hidrogênio extra start text, H, end text, start superscript, plus, end superscript quando comparado com a base conjugada.
Exemplo 2: Dissociação de um ácido forte
Vamos reconsiderar o ácido forte start text, H, C, l, end text reagindo com a água:
Nesta reação, start text, H, C, l, end text doa seu próton para a água, portanto, start text, H, C, l, end text está atuando como um ácido de Brønsted-Lowry. Após start text, H, C, l, end text doar seu próton, é formado o íon start text, C, l, end text, start superscript, minus, end superscript, logo, start text, C, l, end text, start superscript, minus, end superscript é a base conjugada de start text, H, C, l, end text.
Como a água aceita um próton do start text, H, C, l, end text, a água está agindo como uma base de Brønsted-Lowry. Quando a água aceita um próton, o start text, H, end text, start subscript, 3, end subscript, start text, O, end text, start superscript, plus, end superscript é formado. Portanto, o start text, H, end text, start subscript, 3, end subscript, start text, O, end text, start superscript, plus, end superscript é o ácido conjugado do start text, H, end text, start subscript, 2, end subscript, start text, O, end text.
Cada par ácido-base conjugado em nossa reação contém um ácido de Brønsted-Lowry e uma base de Brønsted-Lowry. O ácido e base diferem por apenas um único próton. Em geral, será verdadeiro que uma reação entre um ácido de Brønsted-Lowry e uma base, conterá dois pares conjugados ácido-base.
Exemplo 3: A ionização de uma base fraca
Vamos considerar a reação da amônia, uma base fraca, em água:
A amônia aceita um próton da água nessa reação, e desse modo, atua como uma base de Brønsted-Lowry. Ao aceitar um próton da água, a amônia forma start text, N, H, end text, start subscript, 4, end subscript, start superscript, plus, end superscript. Portanto, start text, N, H, end text, start subscript, 4, end subscript, start superscript, plus, end superscript é o ácido conjugado da amônia.
A água, ao doar um próton à amônia, age como um ácido de Brønsted-Lowry. Depois que a água doa um próton para a amônia, forma-se start text, O, H, end text, start superscript, minus, end superscript. Portanto, start text, O, H, end text, start superscript, minus, end superscript é a base conjugada da água.
Como a amônia é uma base fraca, o íon amônio pode doar um próton de volta para a hidroxila para regenerar a amônia e a água. Assim, existe um equilíbrio dinâmico. Isso sempre será verdadeiro para reações envolvendo ácidos e bases fracas.
Resumo
- Um ácido de Brønsted-Lowry é qualquer espécie capaz de doar um próton — start text, H, end text, start superscript, plus, end superscript.
- Uma base de Brønsted-Lowry é qualquer espécie que é capaz de aceitar um próton, o que requer um par de elétrons livre para se ligar ao start text, H, end text, start superscript, plus, end superscript.
- A água é anfótera, o que significa que ela pode agir tanto como um ácido de Brønsted-Lowry como uma base de Brønsted-Lowry.
- Ácidos e bases fortes ionizam-se completamente em solução aquosa, enquanto que ácidos e bases fracos ionizam-se parcialmente em solução aquosa.
- A base conjugada de um ácido de Brønsted-Lowry é a espécie que é formada após o ácido doar o seu próton. O ácido conjugado de uma base de Brønsted-Lowry é a espécie formada após a base aceitar um próton.
- As duas espécies em um par conjugado ácido-base têm a mesma fórmula molecular, exceto pelo fato de que o ácido possui um start text, H, end text, start superscript, plus, end superscript extra se comparado com a base conjugada.
Prática 1: Identificando reações ácido-base
Com base na teoria de Brønsted-Lowry, quais dos seguintes itens são reações ácido-base?
Prática 2: Identificando pares conjugados ácido-base
O ácido fluorídrico, start text, H, F, end text, é um ácido fraco que se dissocia em água de acordo com a seguinte equação:
Qual é a base conjugada do start text, H, F, end text nessa reação?
Quer participar da conversa?
na caso de uma reação ácido-base, sendo o ácido um oxiácido padrão forte e a base uma base da família 1A, como identificar o ácido conjugado e a base conjugada?(2 votos)