1h Questão:a)a)Para cada uma das reações abaixo,identifique o ácido e a base e indique qual(is)definição(ões)de ácido-base se aplica(m):(1)Arrhenius,(2)Brønsted-Lowry,(3)Lewis.Marque a(s)classificação(ões)aplicável(eis)em cada processo.Em alguns casos,mais de uma definição pode ser aplicável.
Processos Acido Base Classificações
1 2 3
\mathrm{Ni}^{2+}(\mathrm{aq})+6 \mathrm{NH}_{3}(\mathrm{aq}) \rightarrow\left[\mathrm{Ni}\left(\mathrm{NH}_{3}\right)_{6}\right]^{2+}(\mathrm{aq})
\mathrm{HClO}_{4}(\mathrm{aq})+\mathrm{CH}_{3} \mathrm{CN}(\mathrm{aq}) \rightarrow \mathrm{CH}_{3} \mathrm{CNH}^{+}(\mathrm{aq})+\mathrm{ClO}_{4}^{-}(\mathrm{aq})
\mathrm{H}_{2} \mathrm{~S}(\mathrm{aq})+\mathrm{H}_{2} \mathrm{O}(\mathrm{l}) \rightleftharpoons \mathrm{HS}^{-}(\mathrm{aq})+\mathrm{H}_{3} \mathrm{O}^{+}(\mathrm{aq})
\mathrm{NH}_{3}(\mathrm{aq})+\mathrm{H}_{2} \mathrm{O}(\mathrm{l}) \rightleftharpoons \mathrm{NH}_{4}^{+}(\mathrm{aq})+\mathrm{OH}^{-}(\mathrm{aq})
\left[\mathrm{CH}_{3} \mathrm{Hg}\left(\mathrm{H}_{2} \mathrm{O}\right)\right]^{+}(\mathrm{aq})+\mathrm{SH}^{-}(\mathrm{aq}) \rightleftharpoons\left[\mathrm{CH}_{3} \mathrm{HgS}^{-}(\mathrm{aq})+\mathrm{H}_{3} \mathrm{O}^{+}(\mathrm{aq})\right.
b)Para os processos que se enquadrarem na definição de Brønsted-Lowry,identifique os pares ácido/base conjugados.

Passo 1

Vou listar claramente o que o enunciado pede e quais são os processos dados (copiei as reações exatamente do enunciado). O exercício tem duas partes:
  • (a) Para cada reação, identificar o ácido e a base e indicar quais definições de ácido-base se aplicam: (1) Arrhenius, (2) Brønsted–Lowry, (3) Lewis. Mais de uma definição pode ser aplicável.
  • (b) Para os processos que se enquadrem na definição de Brønsted–Lowry, identificar os pares ácido/base conjugados.
As reações a analisar são:
  1. \mathrm{Ni}^{2+}(\mathrm{aq}) + 6\,\mathrm{NH}_3(\mathrm{aq}) \rightarrow [\mathrm{Ni}(\mathrm{NH}_3)_6]^{2+}(\mathrm{aq})
  2. \mathrm{HClO}_4(\mathrm{aq}) + \mathrm{CH}_3\mathrm{CN}(\mathrm{aq}) \rightarrow \mathrm{CH}_3\mathrm{CNH}^+(\mathrm{aq}) + \mathrm{ClO}_4^-(\mathrm{aq})
  3. \mathrm{H}_2\mathrm{S}(\mathrm{aq}) + \mathrm{H}_2\mathrm{O}(\mathrm{l}) \rightleftharpoons \mathrm{HS}^-(\mathrm{aq}) + \mathrm{H}_3\mathrm{O}^+(\mathrm{aq})
  4. \mathrm{NH}_3(\mathrm{aq}) + \mathrm{H}_2\mathrm{O}(\mathrm{l}) \rightleftharpoons \mathrm{NH}_4^+(\mathrm{aq}) + \mathrm{OH}^-(\mathrm{aq})
  5. [\mathrm{CH}_3\mathrm{Hg}(\mathrm{H}_2\mathrm{O})]^+(\mathrm{aq}) + \mathrm{SH}^-(\mathrm{aq}) \rightleftharpoons [\mathrm{CH}_3\mathrm{HgS}]^{-}(\mathrm{aq}) + \mathrm{H}_3\mathrm{O}^+(\mathrm{aq})
No próximo passo eu explico as definições (para que possamos usá‑las) e, em seguida, aplico cada uma às reações passo a passo.

Passo 2

Definições (explicadas de forma bem prática — decore isso, vai ajudar na prova):
  • Arrhenius (definição 1):
    • Ácido (Arrhenius) é uma substância que, em solução aquosa, aumenta a concentração de íons \mathrm{H}^+ (ou equivalentemente \mathrm{H_3O}^+).
    • Base (Arrhenius) é uma substância que, em solução aquosa, aumenta a concentração de \mathrm{OH}^-.
    • Regra prática: pergunte “isso gera \mathrm{H_3O}^+ ou \mathrm{OH}^- livre em água?”. Se sim, Arrhenius se aplica.
  • Brønsted–Lowry (definição 2):
    • Ácido é doador de próton ( \mathrm{H}^+).
    • Base é aceitadora de próton.
    • Regra prática: identifique transferência de próton; se houver, é Brønsted–Lowry. Além disso, se for BL, sempre existem pares conjugados ácido/base (cada ácido tem sua base conjugada que difere por um próton).
  • Lewis (definição 3):
    • Ácido é aceitador de par de elétrons.
    • Base é doador de par de elétrons.
    • Regra prática: se um átomo com carga positiva ou um íon aceitador de elétrons está recebendo um par de elétrons (formando uma ligação coordenada), então Lewis se aplica. Toda transferência de próton também pode ser vista em termos de pares de elétrons (o próton aceita um par), então muitas reações ácido–base BL também são reações Lewis.
Observação didática rápida: toda reação BL (transferência de \mathrm{H}^+) pode ser reinterpretada como reação de Lewis (o próton é um aceitador de par de elétrons), mas nem toda reação Lewis envolve prótons (por exemplo coordenação de \mathrm{NH}_3 a um metal).

Passo 3

Reação 1: \mathrm{Ni}^{2+}(\mathrm{aq}) + 6\,\mathrm{NH}_3(\mathrm{aq}) \rightarrow [\mathrm{Ni}(\mathrm{NH}_3)_6]^{2+}(\mathrm{aq}).
  • O que fisicamente está acontecendo: o íon metálico \mathrm{Ni}^{2+} aceita pares de elétrons das moléculas de \mathrm{NH}_3 formando uma complexação (ligações coordenadas Ni–N). Cada \mathrm{NH}_3 doa seu par não ligante no nitrogênio para o metal.
  • Aplicando as definições:
    • Arrhenius (1)? Não: não há aumento explícito de \mathrm{H_3O}^+ nem de \mathrm{OH}^-; não é uma reação ácido/base Arrhenius típica em que algo “libera \mathrm{H}^+” ou “libera \mathrm{OH}^-” na solução.
    • Brønsted–Lowry (2)? Não: não há transferência de próton ( \mathrm{H}^+) entre as espécies.
    • Lewis (3)? Sim: \mathrm{Ni}^{2+} aceita pares de elétrons (é aceitador de elétrons) → ácido de Lewis; \mathrm{NH}_3 doa pares de elétrons → base de Lewis.
  • Conclusão desta reação: ácido = \mathrm{Ni}^{2+}; base = \mathrm{NH}_3; classificação aplicável: (3) Lewis.

Passo 4

Reação 2: \mathrm{HClO}_4(\mathrm{aq}) + \mathrm{CH}_3\mathrm{CN}(\mathrm{aq}) \rightarrow \mathrm{CH}_3\mathrm{CNH}^+(\mathrm{aq}) + \mathrm{ClO}_4^-(\mathrm{aq}).
  • O que está ocorrendo: há transferência de um próton do ácido forte \mathrm{HClO}_4 para a base \mathrm{CH}_3\mathrm{CN} (a sítio básico é o átomo de nitrogênio em \mathrm{CH}_3\mathrm{CN}), formando o cátion protonado \mathrm{CH}_3\mathrm{CNH}^+ e o ânion \mathrm{ClO}_4^-.
  • Aplicando as definições:
    • Arrhenius (1)? Sim: em solução aquosa \mathrm{HClO}_4 libera \mathrm{H}^+ (aumenta \mathrm{H_3O}^+), é um ácido forte — entra na classe Arrhenius.
    • Brønsted–Lowry (2)? Sim: há doação de próton de \mathrm{HClO}_4 para \mathrm{CH}_3\mathrm{CN} — claramente BL.
    • Lewis (3)? Sim: o próton (ou o ácido) é um aceitador de par e o par de elétrons do nitrogênio de \mathrm{CH}_3\mathrm{CN} é doador — olhar pelo ponto de vista de pares de elétrons, é também Lewis.
  • Conjugados (parte b): como a reação é BL, identifique pares conjugados:
    • \mathrm{HClO}_4 (ácido) / \mathrm{ClO}_4^- (base conjugada)
    • \mathrm{CH}_3\mathrm{CNH}^+ (ácido conjugado) / \mathrm{CH}_3\mathrm{CN} (base)

Passo 5

Reação 3: \mathrm{H}_2\mathrm{S}(\mathrm{aq}) + \mathrm{H}_2\mathrm{O}(\mathrm{l}) \rightleftharpoons \mathrm{HS}^-(\mathrm{aq}) + \mathrm{H}_3\mathrm{O}^+(\mathrm{aq}).
  • O que está ocorrendo: transferência de próton de \mathrm{H}_2\mathrm{S} para a água. A água recebe um próton formando \mathrm{H_3O}^+; \mathrm{H}_2\mathrm{S} perde um próton tornando‑se \mathrm{HS}^-.
  • Aplicando as definições:
    • Arrhenius (1)? Sim, na prática \mathrm{H}_2\mathrm{S} aumenta a concentração de \mathrm{H_3O}^+ em solução aquosa (é um ácido fraco), então pode ser classificado como Arrhenius (pois há produção de \mathrm{H_3O}^+).
    • Brønsted–Lowry (2)? Sim: há doação de próton (de \mathrm{H}_2\mathrm{S} para \mathrm{H}_2\mathrm{O}).
    • Lewis (3)? Sim: a transferência de próton pode ser vista como o próton agindo como aceitador de par de elétrons — logo pode ser descrito por Lewis também.
  • Conjugados (parte b):
    • \mathrm{H}_2\mathrm{S} (ácido) / \mathrm{HS}^- (base conjugada)
    • \mathrm{H}_2\mathrm{O} (base) / \mathrm{H}_3\mathrm{O}^+ (ácido conjugado)

Passo 6

Reação 4: \mathrm{NH}_3(\mathrm{aq}) + \mathrm{H}_2\mathrm{O}(\mathrm{l}) \rightleftharpoons \mathrm{NH}_4^+(\mathrm{aq}) + \mathrm{OH}^-(\mathrm{aq}).
  • O que está ocorrendo: a amônia \mathrm{NH}_3 aceita um próton de \mathrm{H}_2\mathrm{O}, formando \mathrm{NH}_4^+, e a água perde um próton tornando‑se \mathrm{OH}^-.
  • Aplicando as definições:
    • Arrhenius (1)? Sim na prática: a reação resulta em aumento da concentração de \mathrm{OH}^- na solução quando \mathrm{NH}_3 está presente; por isso, \mathrm{NH}_3 pode ser considerado base Arrhenius (aumenta \mathrm{OH}^-). Observação: alguns textos reservam Arrhenius para hidróxidos iônicos explicitamente, mas na prática em química geral aceita‑se que NH _3 age como base Arrhenius por gerar \mathrm{OH}^- em água.
    • Brønsted–Lowry (2)? Sim: há doação de próton (água doa próton para formar \mathrm{NH}_4^+), então BL se aplica.
    • Lewis (3)? Sim: \mathrm{NH}_3 doa seu par de elétrons ao próton — é base de Lewis; o próton é aceitador de par.
  • Conjugados (parte b):
    • \mathrm{NH}_4^+ / \mathrm{NH}_3
    • \mathrm{H}_2\mathrm{O} / \mathrm{OH}^-

Passo 7

Reação 5: [\mathrm{CH}_3\mathrm{Hg}(\mathrm{H}_2\mathrm{O})]^+(\mathrm{aq}) + \mathrm{SH}^-(\mathrm{aq}) \rightleftharpoons [\mathrm{CH}_3\mathrm{HgS}]^{-}(\mathrm{aq}) + \mathrm{H}_3\mathrm{O}^+(\mathrm{aq}).
  • Observação inicial (importante): essa reação descreve uma troca de ligante no centro metálico \mathrm{CH}_3\mathrm{Hg} (substituição de uma molécula de água por um ligante sulfídrico) e há também formação de \mathrm{H_3O}^+. Reações envolvendo complexação/metais são tipicamente interpretadas primeiro como reações de Lewis (doação de par de elétrons do ligante ao metal).
  • Aplicando as definições:
    • Lewis (3)? Sim, com segurança: \mathrm{SH}^- doa par de elétrons para o centro \mathrm{CH}_3\mathrm{Hg}^+ (o metal ou o complexo atua como aceitador de par) → \mathrm{SH}^- é base de Lewis e o complexo aquo [\mathrm{CH}_3\mathrm{Hg}(\mathrm{H}_2\mathrm{O})]^+ é ácido de Lewis. Portanto (3) aplica-se.
    • Brønsted–Lowry (2)? Há produção de \mathrm{H_3O}^+, o que indica que houve transferência de próton em algum passo do mecanismo (por exemplo, protonação de água no processo). Por isso é plausível aplicar BL também — existe componente de transferência de próton na reação global. Entretanto, a distribuição exata de quem doa/prende o próton na etapa elementar pode ser complexa em química de coordenação; em termos práticos de classificação, muitos professores aceitariam que (2) também se aplica (há próton em jogo).
    • Arrhenius (1)? Menos claro/geralmente não: a definição Arrhenius é mais restrita (aumento direto de \mathrm{H_3O}^+ livre em solução por dissociação simples). Aqui a produção de \mathrm{H_3O}^+ faz parte de um mecanismo de substituição de ligantes; em exercícios tipicamente isso é classificado como Lewis (3) e muitas vezes também Brønsted–Lowry (2) por causa da protonação, mas não como Arrhenius (1) de modo direto.
  • Conjugados (parte b): se aceitar BL para esta reação, o par claramente identificável é \mathrm{H_3O}^+ / \mathrm{H_2O} (já que aparece \mathrm{H_3O}^+ formado a partir de água). A identificação de outro par ácido/base conjugado envolvendo o complexo e o ligante fica ambígua porque a alteração envolve troca de ligante e mudança de carga no complexo (não é uma simples diferença de um próton). Por isso, no contexto de pares conjugados BL, o par \mathrm{H_3O}^+ / \mathrm{H_2O} é o que pode ser afirmado com segurança; os outros “pares” não são pares conjugados BL óbvios (diferença por um próton).

Passo 8

  • Forma prática para a prova: procure primeiro transferência de prótons (se houver, BL e normalmente Lewis também), depois procure coordenação/aceitação de pares eletrônicos (Lewis). Arrhenius é aplicável quando a reação mostra claramente aumento de \mathrm{H_3O}^+ ou \mathrm{OH}^- em solução de forma direta e simples (mas muitas reações aquosas com surtos de próton também podem ser chamadas de Arrhenius dependendo do contexto).
  • Agora vou colocar, de forma condensada, apenas as respostas finais pedidas: identificação de ácido e base e classificações para cada processo (parte a) e, onde se aplica BL, os pares ácido/base conjugados (parte b).

Resposta

  1. \mathrm{Ni}^{2+}(\mathrm{aq}) + 6\,\mathrm{NH}_3(\mathrm{aq}) \rightarrow [\mathrm{Ni}(\mathrm{NH}_3)_6]^{2+}(\mathrm{aq})
    Ácido: \mathrm{Ni}^{2+} ; Base: \mathrm{NH}_3 ; Classificações aplicáveis: (3) Lewis
  2. \mathrm{HClO}_4(\mathrm{aq}) + \mathrm{CH}_3\mathrm{CN}(\mathrm{aq}) \rightarrow \mathrm{CH}_3\mathrm{CNH}^+(\mathrm{aq}) + \mathrm{ClO}_4^-(\mathrm{aq})
    Ácido: \mathrm{HClO}_4 ; Base: \mathrm{CH}_3\mathrm{CN} ; Classificações aplicáveis: (1), (2), (3)
    Pares conjugados (Brønsted–Lowry): \mathrm{HClO}_4 / \mathrm{ClO}_4^- e \mathrm{CH}_3\mathrm{CNH}^+ / \mathrm{CH}_3\mathrm{CN}
  3. \mathrm{H}_2\mathrm{S}(\mathrm{aq}) + \mathrm{H}_2\mathrm{O}(\mathrm{l}) \rightleftharpoons \mathrm{HS}^-(\mathrm{aq}) + \mathrm{H}_3\mathrm{O}^+(\mathrm{aq})
    Ácido: \mathrm{H}_2\mathrm{S} ; Base: \mathrm{H}_2\mathrm{O} ; Classificações aplicáveis: (1), (2), (3)
    Pares conjugados (Brønsted–Lowry): \mathrm{H}_2\mathrm{S} / \mathrm{HS}^- e \mathrm{H}_2\mathrm{O} / \mathrm{H}_3\mathrm{O}^+
  4. \mathrm{NH}_3(\mathrm{aq}) + \mathrm{H}_2\mathrm{O}(\mathrm{l}) \rightleftharpoons \mathrm{NH}_4^+(\mathrm{aq}) + \mathrm{OH}^-(\mathrm{aq})
    Ácido: \mathrm{H}_2\mathrm{O} ; Base: \mathrm{NH}_3 ; Classificações aplicáveis: (1), (2), (3)
    Pares conjugados (Brønsted–Lowry): \mathrm{NH}_4^+ / \mathrm{NH}_3 e \mathrm{H}_2\mathrm{O} / \mathrm{OH}^-
  5. [\mathrm{CH}_3\mathrm{Hg}(\mathrm{H}_2\mathrm{O})]^+(\mathrm{aq}) + \mathrm{SH}^-(\mathrm{aq}) \rightleftharpoons [\mathrm{CH}_3\mathrm{HgS}]^{-}(\mathrm{aq}) + \mathrm{H}_3\mathrm{O}^+(\mathrm{aq})
    Ácido: [\mathrm{CH}_3\mathrm{Hg}(\mathrm{H}_2\mathrm{O})]^+ (como centro aceitador de par) ; Base: \mathrm{SH}^- ; Classificações aplicáveis: (3) Lewis (definitivo) — (2) Brønsted–Lowry também é plausível devido à formação de \mathrm{H_3O}^+ (transferência de próton no mecanismo), mas a atribuição detalhada de pares conjugados além de \mathrm{H}_3\mathrm{O}^+ / \mathrm{H}_2\mathrm{O} é ambígua neste processo de coordenação.
    Pares conjugados (Brønsted–Lowry), quando BL é aplicado: \mathrm{H}_3\mathrm{O}^+ / \mathrm{H}_2\mathrm{O} (outros pares conjugados não são óbvios/limpos neste mecanismo de troca de ligante).

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