Faça o que se pede em cada item abaixo.
a) Considere as equações abaixo que envolvem as espécies:
,
e HIO . Coloque as espécies citadas em ordem crescente de força.
Equação 1
Equação 2
Equação 3
Equação 4
b) Considere a seguinte equação:
.
b.1) Classifique as espécies
e
como ácido ou base.
() Ácido () Base
() Ácido () Base
b.2) Justifique a classificação apresentada no item anterior para a espécie
.
c) O fluoreto de alumínio é insolúvel em ácido fluorídrico líquido, mas se dissolve neste solvente quando fluoreto de sódio está presente no meio. Quando fluoreto de boro é adicionado à solução formada, o fluoreto de alumínio precipita da solução. Justifique as observações experimentais
apresentadas levando em consideração a classificação de Pearson para ácidos e bases.
a) Considere as equações abaixo que envolvem as espécies:
b) Considere a seguinte equação:
b.1) Classifique as espécies
b.2) Justifique a classificação apresentada no item anterior para a espécie
c) O fluoreto de alumínio é insolúvel em ácido fluorídrico líquido, mas se dissolve neste solvente quando fluoreto de sódio está presente no meio. Quando fluoreto de boro é adicionado à solução formada, o fluoreto de alumínio precipita da solução. Justifique as observações experimentais
apresentadas levando em consideração a classificação de Pearson para ácidos e bases.
Passo 1
O que o enunciado pede:
- (a) Colocar, em ordem crescente de força ácida, as espécies
, , e . Para isso são dadas quatro equações de equilíbrio ácido-base:
- (b) Para a reação
pede-se (b.1) classificar
e como ácido ou base (no sentido de Lewis) e (b.2) justificar a classificação de . - (c) Explicar, usando a classificação de Pearson (HSAB), por que
é insolúvel em puro, por que se dissolve quando é adicionado e por que precipita novamente quando se adiciona um fluoreto de boro (situação experimental descrita).
Informações relevantes dadas (listadas literalmente das equações):
- Das equações 1–4 observamos transferências de próton onde uma espécie perde
e a outra ganha . Essas transferências permitem comparar forças relativas entre os ácidos envolvidos (quem doa próton para quem). - Na reação do item (b) forma-se o íon
, o que sugere que sofreu coordenação por um fluoreto.
Passo 2
Conceito prático de comparação de forças ácidas (aula rápida e pegada prática).
- Definição operacional: entre duas espécies ácidas
e , se na reação a espécie perde um próton e o ganha (como nos exemplos do enunciado), então podemos dizer que doa próton a : isto acontece quando é um ácido relativamente mais forte do que (ou seja, tende a desprotonar ou pelo menos a ceder próton a ). Em termos práticos: “quem perde H+ nessa equação é, na comparação direta, o ácido mais forte.” - Por isso, para cada equação do enunciado basta ver qual espécie perde H+ (vira a base conjugada) e qual ganha H+ (vira o ácido conjugado) para comparar forças relativas entre as duas espécies reagentes.
Passo 3
Aplicando o critério às equações: análise da Equação 2 (caso claro).
- Equação 2:
- Aqui
cedeu próton para ou, olhando o produto, é a base conjugada e é o ácido conjugado formado — observe quem ficou protonado: ganhou um (virou ). Portanto foi que doou próton? Na verdade o que ocorreu é é o ácido que é mais forte que , ou dito de outra forma: - O fato de produzir
a partir de mostra que é o ácido mais forte na comparação com .
- O fato de produzir
- Conclusão parcial:
é mais ácido que .
Passo 4
Comparações com
usando as Equações 3 e 4.
- Equação 3:
Aqui perdeu (virou ); ganhou (virou ). Logo doa próton a : portanto é mais ácido que . - Equação 4:
Aqui perde (virou ) e ganha . Portanto é mais ácido que . - Conclusão parcial:
é mais fraco que e que .
Passo 5
Comparação entre
e
usando a Equação 1.
- Equação 1:
- Aqui
perdeu (virou ), enquanto ganhou (virou ). Portanto doa próton para : é mais ácido que . - Conclusão:
é mais ácido que , e ambos são mais ácidos que (dos passos anteriores). Já sabíamos que é mais ácido que .
Passo 6
Juntando todas as comparações para ordenar as quatro espécies.
- Das comparações:
-
mais ácido que (Equação 2). -
mais ácido que (Equação 1). -
mais ácido que (Equação 4). -
mais ácido que (Equação 3), consistente com as demais.
-
- Portanto a ordem crescente de força ácida (do mais fraco para o mais forte) é:
Passo 7
Introdução ao conceito de ácidos e bases de Lewis (para responder b).
- Definição curta e prática: ácido de Lewis = espécie que aceita um par de elétrons; base de Lewis = espécie que doa um par de elétrons.
- Na reação do enunciado (item b) formou-se o ânion
, ou seja, um fluoreto foi coordenado a . Isso indica que aceitou um fluoreto (ou par de elétrons do fluoreto) — comportamento típico de ácido de Lewis.
Passo 8
Classificação das espécies do item (b) com justificativa didática.
- Análise da reação:
-
recebe um fluoreto formando : isto é aceitação de um par eletrônico pelo , portanto comporta-se como um ácido de Lewis. -
cedeu um fluoreto (na prática forneceu o ligante/eletrón a ser transferido) e acabou oxidado a uma espécie positiva ; na sequência de coordenação a o As atua como doador no processo de transferência de ligante — isso corresponde ao comportamento de base de Lewis (fornece o par eletrônico que termina coordenando o Sb).
-
- Conclusão direta (b.1):
-
: Ácido (de Lewis). -
: Base (de Lewis).
-
Passo 9
Justificativa detalhada para
ser ácido (item b.2).
- Características que justificam
como ácido de Lewis: - O antimônio em
está em alto estado de oxidação ( ) e é eletrófilo; os ligantes retiram densidade do átomo central, deixando-o eletronicamente deficitário e apto a aceitar pares eletrônicos. -
pode expandir sua coordenação (passar de 5 para 6 coordenações) formando o íon estável . A facilidade em aumentar a coordenação e estabilizar a carga negativa no complexo é típica de um bom ácido de Lewis. - Experimentalmente
é conhecido como um ácido de Lewis muito forte (usado para gerar superácidos como mistura com ), o que está de acordo com a formação do ânion estável .
- O antimônio em
- Resumo curto:
aceita um par eletrônico/um fluoreto para formar ; por aceitar par eletrônico, é ácido de Lewis.
Passo 10
Introdução ao critério HSAB (Pearson) para explicar o fenômeno do item (c).
- Conceito HSAB, de forma simples:
- “Hard” = pequeno, pouco polarizável, alta carga (ex.:
, ). Hard prefere hard. - “Soft” = grande, polarizável, menor carga (ex.:
, ). Soft prefere soft. - Interações hard–hard ou soft–soft são mais estáveis.
- “Hard” = pequeno, pouco polarizável, alta carga (ex.:
- Aplicação prática:
é um ácido duro (pequeno e tripositivo). é uma base dura (pequena, muito pouco polarizável). Logo a interação é muito forte (hard–hard).
Passo 11
Explicação passo a passo do comportamento de solubilidade descrito em (c).
- Situação inicial:
em líquido puro. - Em
puro há pouca atividade de livre (HF é um ácido fraco em comparação com um sal de fluoreto; HF é um doador de protóns mas a concentração de fluoreto livre é baixa). Com pouca disponibilidade de livre, tende a permanecer como sólido pouco solúvel.
- Em
- Adição de
: -
fornece ao meio. O (base dura) complexa fortemente com (ácido duro), formando complexos aniónicos solúveis como (ou outros fluoroaluminatos solúveis): - A formação desses complexos desloca o equilíbrio para a dissolução de
; portanto se dissolve na presença de excesso de proveniente de .
-
- Adição de fluoreto de boro (interpretação prática: adição de
ou de uma espécie de boro que captura ): -
é um ácido de Lewis duro (B em , pequeno e eletrófilo) e reage fortemente com para formar : - Ao consumir
livre (transformando-o em ), reduz-se a concentração de disponível para manter os complexos solúveis . Pelo princípio de Le Châtelier, a diminuição de desloca o equilíbrio de dissolução para a esquerda, precipitando : - Em termos HSAB: tanto
quanto são ácidos duros; ambos competem por (base dura). Se o boro forma um complexo muito estável com , ele “rouba” o fluoreto que mantinha o alumínio solubilizado, levando à precipitação de .
-
- Conclusão qualitativa: adição de
aumenta e forma complexos solúveis com ; adição de um ácido de boro que consome (formando ou similar) remove o fluoreto livre e provoca a reprecipitação de . Tudo isso é consistente com a preferência hard–hard entre e .
Resposta
a)
b.1)
: Ácido (de Lewis)
: Base (de Lewis)
b.2)
é um ácido de Lewis porque o antibômio em alto estado de oxidação é eletronicamente deficitário e aceita um fluoreto/par de elétrons para formar o ânion estável
; sua capacidade de aumentar coordenação e estabilizar o complexo torna-o um ácido de Lewis forte.
c)
é um ácido duro e
é uma base dura. Em
há pouco
livre, logo
é pouco solúvel. Adicionando
aumenta
, formando complexos solúveis como
e dissolvendo
. Ao adicionar um reagente de boro que forma
(por exemplo
que captura
), o
livre é consumido, o equilíbrio desloca-se e
precipita novamente — tudo consistente com preferências hard–hard segundo HSAB.