Mostre, com equações, como o \mathrm{H}_{2} \mathrm{O} pode atuar como base de Lewis em reações com cátions metálicos.
Passo 1
O enunciado pede que eu mostre, com equações, como a molécula de água pode atuar como base de Lewis em reações com cátions metálicos.\n
Informações dadas (implícitas no enunciado):\n
A espécie doadora de elétrons é a água, \mathrm{H}_2\mathrm{O}.\n
A espécie aceitadora de elétrons é um cátion metálico genérico, que chamarei de \mathrm{M}^{n+} (metal com carga positiva n+).\n
Preciso apresentar equações químicas que ilustrem essa interação (formação de complexos coordenados) e explicá-las passo a passo.
Passo 2
O que significa “base de Lewis” e “ácido de Lewis” (explicação didática):\n
Uma base de Lewis é uma espécie que doa um par de elétrons não ligado (um “par-livre”).\n
Um ácido de Lewis é uma espécie que aceita um par de elétrons (tem orbital vazio ou capacidade de aceitar um par).\n
Na nossa situação, \mathrm{H}_2\mathrm{O} tem pares-livres no átomo de oxigênio e pode doar um desses pares para \mathrm{M}^{n+}, que aceita o par — logo \mathrm{H}_2\mathrm{O} atua como base de Lewis e \mathrm{M}^{n+} como ácido de Lewis.
Passo 3
Por que a água pode doar um par de elétrons? (estrutura e pares-livres)\n
Na molécula \mathrm{H}_2\mathrm{O}, o átomo de oxigênio possui dois pares-livres (quatro elétrons não compartilhados). Escrevendo de forma conceitual: :\!\!\mathrm{O}\mathrm{H}_2.\n
Esses pares-livres são os candidatos à doação para um orbitais vazios do cátion metálico.\n
Assim, a água é uma boa base de Lewis porque tem pares eletrônicos de sobra no oxigênio que podem ser cedidos.
Passo 4
Equação geral de coordenação (mostrando a reação com equações)\n
Uma equação geral que descreve a hidratação/coordenação de um cátion metálico por moléculas de água é:
Explicação das letras: \mathrm{M}^{n+} é o cátion metálico (carga n+), x é o número de moléculas de água coordenadas (número de coordenação; valores comuns são x=4 ou 6), e [\mathrm{M}(\mathrm{H}_2\mathrm{O})_x]^{n+} é o complexo aquoso formado.
Passo 5
Mostrando mecanisticamente a doação do par eletrônico (seta de doação)\n
Escrevendo de forma simbólica a doação de um par-livre de \mathrm{H}_2\mathrm{O} para o cátion:
Interpretação: os dois pontos antes de \mathrm{H}_2\mathrm{O} representam o par-livre do oxigênio; esse par é doado ao metal, formando uma ligação coordenada (também chamada de ligação dativa), em que ambos os elétrons da ligação vêm do oxigênio.
Passo 6
Exemplos concretos com metais comuns (equações específicas)\n
Exemplo 1 — ferro(III) em água (um caso típico):
onde os dois pontos indicam o par-livre que forma a ligação coordenada para gerar o íon complexo monocoordenado (caso idealizado).
Passo 8
Consequência prática: hidrólise ácida de complexos aquosos (por que isso importa)\n
Quando água coordena a um cátion muito carregado (grande n+), o metal polariza a ligação O–H da água coordenada e facilita a perda de \mathrm{H}^+. Um exemplo de equilíbrio de hidrólise:
Isto mostra que, além de atuar como base de Lewis ao coordenar, a água coordenada pode sofrer desprotonação, tornando soluções de certos cátions ácidas. Não é pedido no enunciado, mas é uma consequência direta e importante do papel de água como base de Lewis.
Passo 9
Resumo didático e dica para prova\n
Regra prática: escreva a água como doadora de par (pares-livres no oxigênio) e mostre o cátion recebendo esses pares para formar um complexo do tipo [\mathrm{M}(\mathrm{H}_2\mathrm{O})_x]^{n+}.\n
Para responder rapidamente numa prova: escreva a equação geral da Passo 4 e, se pedirem exemplos, use \mathrm{Fe}^{3+} e \mathrm{Cu}^{2+} como nos exemplos do Passo 6.\n
Vai dar certo — pratica escrever a equação geral e dois exemplos específicos; isso resolve a questão de forma direta.