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.: \mathrm{BF_3},\\ \mathrm{BCl_3},\\ \mathrm{BBr_3},\\ \mathrm{BI_3} — 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 p 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:
\mathrm{BX_3} + \mathrm{F^-} \longrightarrow \mathrm{BX_4^-}.
Se a formação de \mathrm{BX_4^-} for favorável, \mathrm{BX_3} é um ácido de Lewis forte para \mathrm{F^-}.

Passo 3

Quais fatores controlam a acidez de Lewis (resumão útil para prova):
  • Disponibilidade de um orbital vazio no átomo central (tipo, um orbital p 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 p 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., 2p com 2p sobrepõe melhor que 2p com 3p).
  • 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 \mathrm{BF_3},\\ \mathrm{BCl_3},\\ \mathrm{BBr_3},\\ \mathrm{BI_3}. Vamos analisar 2 efeitos em jogo e explicá-los com calma:
  1. 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 \mathrm{BF_3} seria o mais ácido (mais positivo em B).
  2. Doação pπ–pπ (backbonding): cada halogênio tem pares não ligantes em orbitais p. No caso de \mathrm{BF_3}, os orbitais 2p do flúor têm energia e tamanho muito próximos ao orbital 2p vazio do boro; isso permite boa sobreposição p\pi(\mathrm{F}) \to p(\mathrm{B}) e também doação reversa p(\mathrm{B}) \leftarrow p(\mathrm{F}) 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: 3p, Br: 4p, I: 5p) a sobreposição com o 2p 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 2p para aceitar elétrons. O flúor também tem orbitais 2p — combinação ideal para doação reversa. Cloro usa 3p, que é maior e menos energético que 2p, então a sobreposição com 2p 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:
\mathrm{BF_3} < \mathrm{BCl_3} < \mathrm{BBr_3} < \mathrm{BI_3}.
Ou seja, \mathrm{BI_3} é o mais ácido de Lewis entre esses. Um teste prático: \mathrm{BF_3} reage muito menos facilmente com bases de Lewis que \mathrm{BCl_3} ou \mathrm{BI_3}; \mathrm{BF_3} é conhecido por ter um forte caráter de backbonding.

Passo 7

Um exemplo simples para fixar (como responder em prova): explique por que \mathrm{BF_3} aceita pior \mathrm{F^-} do que \mathrm{BCl_3} aceita \mathrm{Cl^-}: em \mathrm{BF_3} o flúor já doa densidade ao boro via 2p- 2p backbonding, reduzindo a “sede” do boro por mais elétrons. Em \mathrm{BCl_3}, esse efeito é menor, então \mathrm{BCl_3} 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 \mathrm{BI_3}).

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. \mathrm{BCl_3},\\ \mathrm{AlCl_3},\\ \mathrm{GaCl_3} etc.), aí entram outras considerações (tamanho do átomo central, disponibilidade de orbitais p vazios de energia adequada, polimerização como no caso de \mathrm{AlCl_3} 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.

Resposta

\mathrm{BI_3}

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