Identifique o ácido e a base de Bronsted-Lowry no primeiro membro de cada equação seguinte. Identifique também os ácidos e bases conjugadas que aparecem no segundo membro.
\left(\mathrm{CH}_{3}\right)_{3} \mathrm{~N}_{(\mathrm{aq})}+\mathrm{H}_{2} \mathrm{O}_{(\mathrm{l})} \rightleftharpoons\left(\mathrm{CH}_{3}\right)_{3} \mathrm{NH}^{+}{ }_{(\mathrm{aq})}+\mathrm{OH}^{-}{ }_{(\mathrm{aq})}

Passo 1

O enunciado pede: identificar, na equação fornecida, (a) o ácido de Brønsted–Lowry e (b) a base de Brønsted–Lowry que aparecem no primeiro membro (lado esquerdo) da reação; e também identificar (c) o ácido conjugado e (d) a base conjugada que aparecem no segundo membro (lado direito).\n
A equação dada é:
(\mathrm{CH}_{3})_{3}\mathrm{N}_{(aq)} + \mathrm{H}_{2}\mathrm{O}_{(l)} \rightleftharpoons (\mathrm{CH}_{3})_{3}\mathrm{NH}^{+}_{(aq)} + \mathrm{OH}^{-}_{(aq)}
As informações relevantes que o enunciado dá são exatamente as espécies químicas à esquerda e à direita da flecha; não há outras condições (como solvente diferente ou presença de outros reagentes).

Passo 2

Conceitos essenciais (explicação didática e curta):
  • Regra de Brønsted–Lowry: um ácido é uma espécie que doa um próton \mathrm{H}^{+}; uma base é uma espécie que aceita um próton \mathrm{H}^{+}.\n
  • Par ácido/conjugado base: quando um ácido doa \mathrm{H}^{+} forma sua base conjugada; quando uma base aceita \mathrm{H}^{+} forma seu ácido conjugado. Em outras palavras, duas espécies de um par conjugado diferem por exatamente um próton \mathrm{H}^{+}.\n
    Exemplo simples (para fixar): se \mathrm{HA} \rightleftharpoons \mathrm{H}^{+} + \mathrm{A}^{-}, então \mathrm{HA} é ácido e \mathrm{A}^{-} é sua base conjugada. Se \mathrm{B} + \mathrm{H}^{+} \rightleftharpoons \mathrm{BH}^{+}, então \mathrm{B} é base e \mathrm{BH}^{+} é seu ácido conjugado.

Passo 3

Identificando a transferência de próton na reação dada:\n
Observe os cambios de composição entre lado esquerdo e direito:\n
  • (\mathrm{CH}_{3})_{3}\mathrm{N} do lado esquerdo aparece como (\mathrm{CH}_{3})_{3}\mathrm{NH}^{+} no lado direito: isso significa que (\mathrm{CH}_{3})_{3}\mathrm{N} ganhou um próton \mathrm{H}^{+}.\n
  • \mathrm{H}_{2}\mathrm{O} do lado esquerdo aparece como \mathrm{OH}^{-} no lado direito: isso significa que \mathrm{H}_{2}\mathrm{O} perdeu um próton \mathrm{H}^{+}.\n
    Pela definição de Brønsted–Lowry, quem doa o próton é o ácido e quem aceita é a base. Portanto, nesta reação a água está agindo como doadora de próton (ácido) e a trietilamina (na verdade trimetilamina) (\mathrm{CH}_{3})_{3}\mathrm{N} está aceitando o próton (base).

Passo 4

Identificando os pares conjugados:\n
  • A base inicial que aceitou \mathrm{H}^{+} foi (\mathrm{CH}_{3})_{3}\mathrm{N}. Quando ela ganha o próton forma (\mathrm{CH}_{3})_{3}\mathrm{NH}^{+}; então (\mathrm{CH}_{3})_{3}\mathrm{NH}^{+} é o ácido conjugado de (\mathrm{CH}_{3})_{3}\mathrm{N}.\n
  • O ácido inicial que doou \mathrm{H}^{+} foi \mathrm{H}_{2}\mathrm{O}. Quando perde o próton forma \mathrm{OH}^{-}; então \mathrm{OH}^{-} é a base conjugada de \mathrm{H}_{2}\mathrm{O}.\n
    Verificação: cada par conjugado difere por exatamente um próton \mathrm{H}^{+}: (\mathrm{CH}_{3})_{3}\mathrm{NH}^{+} = (\mathrm{CH}_{3})_{3}\mathrm{N} + \mathrm{H}^{+} e \mathrm{OH}^{-} = \mathrm{H}_{2}\mathrm{O} - \mathrm{H}^{+}. Isso confirma que identificamos os pares corretamente.

Passo 5

Resumo e comentário de apoio (curto e motivador):\n
  • A água é anfótera (pode atuar como ácido ou base), e aqui ela está doando \mathrm{H}^{+}.\n
  • (\mathrm{CH}_{3})_{3}\mathrm{N} é uma base de Lewis/Brønsted típica (aceita próton no nitrogênio) e forma o cátion protonado (\mathrm{CH}_{3})_{3}\mathrm{NH}^{+}.\n
    Pronto — agora você consegue ver o fluxo de próton da esquerda para a direita: \mathrm{H}^{+} sai de \mathrm{H}_{2}\mathrm{O} e vai para (\mathrm{CH}_{3})_{3}\mathrm{N}. Vai fundo que você manda bem!

Resposta

Ácido (no primeiro membro): \mathrm{H}_{2}\mathrm{O}\n
Base (no primeiro membro): (\mathrm{CH}_{3})_{3}\mathrm{N}\n
Ácido conjugado (no segundo membro): (\mathrm{CH}_{3})_{3}\mathrm{NH}^{+}\n
Base conjugada (no segundo membro): \mathrm{OH}^{-}

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