Explique a acidez de Lewis para a série dos haletos do grupo 13. Qual a espécie que deveria apresentar maior acidez? Justifique.
Passo 1
O enunciado pede para explicar a acidez de Lewis na série dos haletos do grupo 13 e decidir qual espécie deveria apresentar maior acidez, com justificativa. As informações relevantes que temos (implícitas no enunciado) são: a referência é a série de trihaletos dos elementos do grupo 13 (ex.:
— série de haletos de boro é a que normalmente se discute) e o conceito alvo é “acidez de Lewis” (aceitar par de elétrons). Não há figura nem dados experimentais adicionais fornecidos.
Passo 2
O que é acidez de Lewis — mini-aula prática:
- Definição: uma espécie é um ácido de Lewis se ela aceita um par de elétrons de outra espécie (a base de Lewis).
- Forma prática: um ácido de Lewis costuma ter um orbital vazio disponível para receber um par de elétrons (por exemplo, um orbital
vazio) ou uma carga positiva que facilite a aceitação de elétrons. - Exemplo concreto: a reação típica que usamos para testar a acidez de Lewis em trihaletos de boro é a captura de um íon fluoreto:
Se a formação de
for favorável,
é um ácido de Lewis forte para
.
Passo 3
Quais fatores controlam a acidez de Lewis (resumão útil para prova):
- Disponibilidade de um orbital vazio no átomo central (tipo, um orbital
não preenchido). Quanto mais acessível e de energia apropriada for esse orbital, mais fácil aceitar um par. - Efeito indutivo / eletronegatividade dos substituintes: substituintes muito eletronegativos puxam densidade para longe do átomo central, tornando-o mais eletrofílico (mais ácido).
- Dono-aceitação reversa (back-donation ou pπ–pπ): quando os ligantes têm pares de elétrons em orbitais
que conseguem se sobrepor com o orbital vazio do átomo central, ocorre doação reversa que estabiliza o orbital vazio e reduz a tendência do centro em aceitar um par externo (logo reduz acidez). A eficácia dessa doação depende do tamanho e do tipo orbital (boa sobreposição quando orbitais têm mesma energia e tamanho). - Tamanho / sobreposição orbital: orbitais de mesmo nível principal se sobrepõem melhor (por ex.,
com sobrepõe melhor que com ). - Estrutura e associação (polimerização) podem mudar o comportamento real em fase sólida ou líquida.
Passo 4
Aplicando os fatores ao caso clássico: haletos de boro
. Vamos analisar 2 efeitos em jogo e explicá-los com calma:
- Efeito indutivo (eletronegatividade dos halogênios): o flúor é o mais eletronegativo, então por indução ele empobrece mais o boro em elétrons do que cloro, bromo ou iodo. That would sugerir que
seria o mais ácido (mais positivo em B). - Doação pπ–pπ (backbonding): cada halogênio tem pares não ligantes em orbitais
. No caso de , os orbitais do flúor têm energia e tamanho muito próximos ao orbital vazio do boro; isso permite boa sobreposição e também doação reversa que delocaliza carga e reduz a deficiência eletrônica do boro. Em palavras simples: o flúor “empresta” densidade por backbonding, aliviando a necessidade do boro de aceitar um par externo. Para halogênios maiores (Cl: , Br: , I: ) a sobreposição com o do boro é muito pior, então o backbonding é muito menor e o boro fica mais “pobre” de elétrons — portanto mais ácido de Lewis.
Conclusão qualitativa dessa comparação: os dois efeitos vão em sentidos opostos, mas o efeito de backbonding domina no caso do boro. Por isso a acidez aumenta quando o halogênio é mais pesado.
Passo 5
Detalhando o raciocínio físico de sobreposição (importante para a prova):
- Para boa sobreposição de orbitais precisamos de orbitais com tamanhos e energias compatíveis. O boro usa orbitais
para aceitar elétrons. O flúor também tem orbitais — combinação ideal para doação reversa. Cloro usa , que é maior e menos energético que , então a sobreposição com do boro é ruim; efeito de backbonding cai. - Menor backbonding = menos estabilização do orbital vazio do B = orbital vazio mais “suscetível” a receber um par externo = maior acidez.
Passo 6
Aplicando o raciocínio para ordenar a acidez entre os haletos de boro: a acidez de Lewis cresce quando o halogênio fica mais pesado, porque o backbonding diminui mais rápido do que o efeito indutivo favorece o flúor. Logo a ordem esperada é:
Ou seja,
é o mais ácido de Lewis entre esses. Um teste prático:
reage muito menos facilmente com bases de Lewis que
ou
;
é conhecido por ter um forte caráter de backbonding.
Passo 7
Um exemplo simples para fixar (como responder em prova): explique por que
aceita pior
do que
aceita
: em
o flúor já doa densidade ao boro via
-
backbonding, reduzindo a “sede” do boro por mais elétrons. Em
, esse efeito é menor, então
aceita par com mais facilidade. Por isso, experimentalmente, a afinidade por íon fluoreto (uma medida de acidez de Lewis) aumenta da esquerda para a direita na lista acima (mais alta para
).
Passo 8
Nota extra, para evitar armadilhas na prova (dica de amigo):
- Se a pergunta estivesse falando dos haletos de diferentes elementos do grupo 13 com o mesmo halogênio (por ex.
etc.), aí entram outras considerações (tamanho do átomo central, disponibilidade de orbitais vazios de energia adequada, polimerização como no caso de em fase sólida, caráter iônico/ligante). Esse caso fica menos simples e pode inverter tendências; então, antes de responder numa prova, confirme qual série o enunciado quer. - Sempre explique em prova a razão física (backbonding vs. indutivo) — é o que vale pontos.