Teoria de Bronsted-Lowry

Teoria Completa

Faaala galera! Vamos dar uma olhada em teorias de ácidos e bases?

Normalmente, a gente tá mais acostumado com aquele conceito de que ácido libera H + e base libera O H - . Então, o primeiro passo é descontruir isso.

Sério, você precisa entender que além dessa história de H + e O H - , outros caras propuseram outros modelos pra explicar o que faz com que uma substância tenha comportamento ácido, básico ou neutro.

E a gente vai ver os principais deles.

Definição de ácido e base

Bronsted propôs que os caras que tinham comportamento ácido eram aqueles capazes de doar prótons (próton = H + ). Já as substâncias de caráter básico eram aquelas capazes de receber prótons.

Ácidos: doam H + .

Bases: recebem H + .

Portanto, a teoria de Bronsted-Lowry está baseada na transferência de prótons, do ácido para a base.

Em uma reação ácido-base, identificamos quem está doando e quem está recebendo o próton:

H C N + H 2 O ⇄ C N - + H 3 O +

Dá pra ver que o H C N doa um H + pra água?

Então, na reação, o H C N é o ácido e o H 2 O é a base.

Mas tá vendo que a reação é reversível? Tem aquela dupla seta ali! Vamos olhar a reção pelo outro lado:

C N - + H 3 O + ⇄ H C N + H 2 O

Agora o H 3 O + está doando um próton para o C N - . Então o H 3 O + está agindo como ácido e o C N - é a base.

A gente pode entender, então, que ao doar um próton, o ácido forma uma base. No caso, o H C N está formando o C N - e o ácido H 3 O + está formando o H 2 O .

E isso faz muito sentido. Ao doar um próton, o cara forma uma espécie capaz de receber esse próton de volta.

Par conjugado

O ácido e a base que ele “produz” formam um par conjugado.

Em relação à força, um ácido forte é aquele que libera H + com facilidade. E a base forte é aquela que recebe H + com facilidade.

Por isso, se um ácido é forte, a base conjugada dele é fraca.

Se uma base é forte, o ácido conjugado dela é fraco.

Assim, um ácido forte libera o H + e não tem tendência de aceitá-lo de volta. No exemplo ali de cima, se o H C N é forte, ele vai liberar o H + e o C N - não vai ter tendência de pegar esse H + de volta. Ou seja, o C N - vai ser uma base fraca.

Força dos ácidos e das bases

A gente já viu que pro ácido ser forte, a base conjugada dele tem que ser fraca.

Mas o que faz com que uma base seja fraca?

Uma base é fraca se ela for bem estável no meio. Tão estável que ela não queria/não precise capturar um H + .

Alguns fatores que fazem com a base seja estável no meio (e, portanto, fraca) são uma carga pequena (ou ausência de carga) e a ressonância, que causa um espalhamento da carga.

A força dos ácidos e das bases pode ser definida pelo K a e K b desses caras.

Mas isso a gente vai ver em um capítulo mais adiante ok? Quando falarmos mais sobre reações em equilíbrio.

Espécies anfóteras

Utilizando o conceito de Bronsted-Lowry, uma mesma espécie pode se comportar ora como base, ora como ácido.

Essas espécies com comportamento duplo ácido-base são chamadas de anfóteras.

Lembra que ali em cima a água tava agindo como base? Aceitando o H + do H C N . Na reação abaixo ela doa um próton pro N H 3 , se comportando como ácido.

H 2 O + N H 3 ⇄ N H 4 + + O H -

Portanto, a água tem caráter anfótero pelo conceito de Bronsted.

Isso acontece para muitas espécies.

Vamos fazer uns exercícios passo a passo pra fixar isso tudo?

Expandir

Exercício Resolvido #1

IFRN – Lista de Exercícios sobre Equilíbrio Aquoso. Prof. Albino Oliveira Nunes. Questão 01.

Qual a definição de BrØnsted-Lowry de ácidos e de base?

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Passo 1

Pergunta simples pra aquecer os motores.

E é importante que a definição fique bem clara né?

Então, relembrando:

Pra Bronsted-Lowry: ácido é quem doa prótons e base é quem recebe prótons.

Resposta

Exercício Resolvido #2

IFRN – Lista de Exercícios de Equilíbrio Aquoso. Prof. Albino Oliveira Nunes. Questão 05.

Identificar o ácido, a base, o ácido conjugado e a base conjugada em cada uma das seguintes reações:

  1. H C l O 4 + N 2 H 4 ⇄ N 2 H 5 + + C l O 4 -
  2. C O 3 2 - + H 2 O ⇄ H C O 3 - + O H -
  3. N O 2 - + N 2 H 5 + ⇄ H N O 2 + N 2 H 4
  4. H C N + H 2 S O 4 ⇄ H 2 C N + H S O 4 -
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Passo 1

a) Vamos lá. O ácido é quem está doando o próton, a base é quem está recebendo. Ao doar o próton, o ácido forma a sua base conjugada. Ao receber o próton, a base forma seu ácido conjugado.

Ácido: H C l O 4

Base: N 2 H 4

Base conjugada: C l O 4 -

Ácido conjugado: N 2 H 5 +

Atenção! Também podemos dizer que o H C l O 4 é o ácido conjugado do C l O 4 - e o N 2 H 4 é a base conjugada do N 2 H 5 + .

Passo 2

b) Ácido: H 2 O

Base: C O 3 2 -

Base conjugada: O H -

Ácido conjugado: H C O 3 -

Passo 3

c) Ácido: N 2 H 5 +

Base: N O 2 -

Base conjugada: N 2 H 4

Ácido conjugado: H N O 2

Passo 4

-

d) Ácido: H 2 S O 4

Base: H C N

Base conjugada: H S O 4 -

Ácido conjugado: H 2 C N +

Resposta

Exercício Resolvido #3

Unimep. Lista de Exercícios de Introdução à Química Industrial. Questão 19. Modificado.

Dar a base conjugada de cada um dos seguintes ácidos de Bronsted-Lowry: H 3 P O 4 , N H 4 + , H C O 3 - , H S O 4 - , H S - , S i ( O H ) 4 .

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Passo 1

-

Pra formar a base conjugada, a gente só precisa tirar um H + de cada um dos ácidos:

H 2 P O 4 - , N H 3 , C O 3 - 2 , S O 4 - 2 , S - 2 , S i ( O H ) 3 O -

Resposta

Exercício Resolvido #4

UFJVM – Lista de Química Orgânica. Prof. Rodrigo Moreira Verly. 2013. Questão 03.

Justifique a ordem decrescente de acidez dos seguintes ácidos carboxílicos:

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Passo 1

Como a gente comentou, um ácido forte é aquele que tem uma base fraca, estável.

Portanto, para explicar a ordem de força dos ácidos acima, vamos estudar a estabilidades das bases conjugadas deles, beleza?

Passo 2

Os ácidos carboxílicos são os ácidos por excelência na química orgânica.

Eles tem em comum aquela estrutura lá de cima, que pode ser escrita como - C O O H .

A acidez desses compostos pode ser explicada pela estabilidade das bases “ - C O O - “, porque essa carga negativa é espalhada por ressonância entre os dois O e o C.

Caso o resto da estrutura “drene”/puxe a carga negativa do grupo - C O O - , causando maior espalhamento dessa carga por toda a molécula, a base é estabilizada e, portanto, o ácido carboxílico é mais forte.

Caso a estrutura forneça ainda mais carga negativa pro grupamento - C O O - , dá ruim né? A carga negativa fica muito concentrada. E quem fala carga concentrada, fala estrutura não muito bem estabilizada. Portanto, como a base não fica estabilizada, a base é forte (tem tendência a capturar H + ) e o seu ácido é fraco (tem tendência a permanecer com o seu H + ).

Passo 3

Vamos analisar as estruturas de ressonância para as bases conjugadas:

O grupo nitro ( - N O 2 ) é um grupo retirador de elétrons. Por isso, por ressonância, deixa a estrutura benzênica com carga positiva. Essa carga positiva no carbono adjacente ao grupo carboxilício “puxa” a carga negativa do grupo, estabilizando a base.

Por outro lado o grupo - O C H 3 é um grupo doador de elétrons. Isso significa que ele doa elétrons para o anel benzênico, desestabilizando a base, que fica louca pra capturar um H + e solucionar esse monte de carga negativa.

O anel benzênico só com o grupo ácido fica no meio do caminho: não tem nenhum grupo extra pra estabilizar ou desestabilizar a carga negativa.

Assim, por meio da estabilidade das bases conjugadas, podemos explicar a ordem de força dos ácidos carboxílicos apresentados.

Resposta

Os ácidos carboxílicos mais fortes são aqueles cujas bases conjugadas são mais estáveis.

Exercício Resolvido #5

UFRJ – Lista de Química Geral. Prof. Jean Eon. Questão 01.

C 6 H 5 O - e C H 3 O - são respectivamente as bases conjugadas do fenol e do metanol. Escreva os equilíbrios de dissociação. Determine as estruturas de Lewis para os dois pares (ácido e base), incluindo formas de ressonância e cargas formais. Sabendo-se que a ressonância, por estabilizar a base, favorece a ionização, deduza qual dos dois ácidos é mais forte.

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Passo 1

Vamos começar pelo começo: equilíbrio de ionização do fenol e do metanol:

C 6 H 5 O H ⇄   C 6 H 5 O - + H +

C H 3 O H ⇄   C H 3 O - + H +

Passo 2

Definindo as estruturas de Lewis:

Para o fenol:

Então a nossa estrutura tem que ter 36 elétrons. Mas vamos ter que partir do princípio que a gente sabe mais ou menos quem é o fenol: aquele cara onde todos os 6 carbonos estão ligados entre si e tem um - O H pendurado.

Pode contar que tem 36 elétrons!

E as formas de ressonância:

Quando o fenol libera o H + , a carga negativa se espalha por toda a estrutura numa ressonância muito parecida com a daí de cima:

Para o metanol:

Tendo o carbono como o átomo central, ligamos um oxigênio e três hidrogênios a ele, completando a valência. Como ainda sobra um hidrogênio, ele vai ser ligado no oxigênio:

Onde todas as cargas formais são zero e não existe ressonância.

Quando o metanol perde o H + , o oxigênio não tem com quem “dividir” a carga negativa. O carbono está fazendo 4 ligações e não pode receber um par de elétrons do oxigênio por ressonância. A carga não é estabilizada por ressonância e o oxigênio fica lá, super negativo querendo o H + perdido de volta.

Passo 3

Eaí, será que vendo as estuturas ai de cima a gente consegue dar um palpite sobre as forças dos ácidos?

O enunciado já nos dá uma baita dica né?

Ele diz que a ressonância estabiliza e base conjugada e, por isso, faz com qu o ácido seja mais forte.

Assim, a gente pode dizer que o fenol é um ácido mais forte do que o metanol.

Ainda não ficou claro?

Pensa só. Uma molécula libera o próton e a carga negativa não é espalhada por ressonância. Se ela fica concentrada só num átomo, aquele cara fica muito negativo e pega o hidrogênio de volta. Ou seja, o ácido “nem chega a liberar” o hidrogênio (ou libera, mas pega de volta).

Isso é o que acontece no metanol. O oxigênio fica tão negativo que a estrutura é instável, e ele prefere ficar ligado ao hidrogênio.

Agora se a carga negativa é espalhada por toda a estrutura da molécula, é como se nenhum átomo ficasse individualmente muito negativo. Então a “recaptura” do H + é dificultada e ele acaba ficando solto mesmo. Quando a base é estabilizada por ressonância, existe uma tendência maior do ácido a liberar o hidrogênio, o que faz dele um ácido mais forte.

E olha que as duas estruturas que estudamos tem um - O H . Isso já nos faz pensar direto em base né? Mas pela teoria de Bronsted ou de Lewis isso não tem nada a ver! Na química orgânica, muitos desses caras com O H na verdade tem tendência em liberar o H !

Resposta

O fenol é um ácido mais forte.

Exercício Resolvido #6

UFOP – Lista I de Química Orgânica. Profª Flaviane Hilário. Questão 07.

Considere os compostos a seguir:

C H 3 C H 2 N H 2                     C H 3 C H 2 O H                 C H 3 C H 2 C H 3

a) Coloque-os em ordem decrescente de acidez e justifique sua resposta de forma completa.

b) Coloque as bases conjugadas dos ácidos dados acima em ordem crescente de basicidade e justifique sua resposta de forma completa.

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Passo 1

a) Pra descobrir o ácido mais forte, a gente precisa estudar a estabilidade das bases conjugadas.

Olha elas aí:

Passo 2

Nenhuma das bases conjugadas é estabilizada por ressonância.

A grande diferença entre elas é “quem está segurando a carga negativa”. Temos o N , o O e o C com essa carga.

Devido a eletronegatividade desses elementos, o oxigênio “acomoda” melhor essas cargas, seguido pelo nitrogênio e depois pelo carbono. Uma vez que a ordem de eletronegatividade é dada por:

O > N > C

Portanto, quanto maior a eletronegatividade de um átomo, melhor ele lida com as cargas negativas.

E quem tem base conjugada mais estável é o ácido mais forte.

Em ordem crescente de acidez:   C H 3 C H 2 C H 3 < C H 3 C H 2 N H 2 < C H 3 C H 2 O H  

Passo 3

b) As bases conjugadas serão mais fracas (menor basicidade) quando foram mais estáveis. Em ordem crescente de basicidade, então:

C H 3 C H 2 O - < C H 3 C H 2 N H - < C H 3 C H 2 C H 2 -

O C H 3 C H 2 C H 2 - , por ter uma carga negativa num cara com baixa eletronegatividade, é muito ávido por prótons, o que faz dele a base mais forte.

Resposta

a) Ordem crescente de acidez:   C H 3 C H 2 C H 3 < C H 3 C H 2 N H 2 < C H 3 C H 2 O H

b) Ordem crescente de basicidade: C H 3 C H 2 O - < C H 3 C H 2 N H - < C H 3 C H 2 C H 2 -

Exercício Resolvido #7

UFOP – Adaptada da Lista I de Química Orgânica. Profª Flaviane Hilário. Questão 08.

Para cada item a seguir, indique qual é o ácido mais forte e justifique sua resposta de forma completa.

a) C H 3 O C H 2 C H 2 O H ou C H 3 C H 2 O C H 2 O H

b) C H 3 C O C H 2 O H ou C H 3 C H 2 C O O H

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Passo 1

a) Os compostos do item a se diferem apenas pela distância entre o grupo que libera o H + e um O no meio da cadeia carbônica:

Olhando pra essas estruturas a gente tem que decidir qual vai estabilizar melhor a carga negativa e, assim, ser a base conjugada mais estável (do ácido mais forte).

Como não temos ressonância estabilizando a carga, o efeito mais forte será o indutivo, daquele oxigênio no meio da cadeia.

O oxigênio é bastante eletronegativo, então tende a puxar a carga negativa pra si.

Ao puxar a carga negativa, a carga deixa de ficar tão concentrada no oxigênio que perdeu o próton. A carga fica mais espalhada pela estrutura. E carga espalhada é igual a carga estabilizada.

Agora, em qual estrutura a carga vai ficar mais estabilizada?

Esse efeito indutivo é mais forte quanto mais próximo o oxigênio estiver.

Pensa nessa situação:

O heteroátomo (um cara diferente de C na cadeia carbônica) tá tão longe da carga negativa que seu efeito indutivo é quase insignificante.

Então, entre as duas bases conjugadas que precisamos analisar, aquela onde o O está mais perto da carga negativa está mais estabilizada, sendo conjugada ao ácido mais forte.

C H 3 C H 2 O C H 2 C H 2 O H

Passo 2

b) C H 3 C O C H 2 O H ou C H 3 C H 2 C O O H

Aqui a história já é outra.

Olha pra estes caras e as bases conjugadas deles:

A base conjugada de cima é estabilizada pelo efeito indutivo da presença daquele oxigênio extra na estrutura.

Você pode pensar que na de baixo, como o oxigênio “extra” está mais próximo da carga negativa, esse efeito vai ser mais forte e a base vai ficar mais estabilizada.

Isso até é verdade, mas não é o efeito principal

Na base conjugada de baixo rola um efeito muito mais louco: a ressonância. Aquele cara ali de baixo é um ácido carboxílico e a base conjugada dele é muito estabilizada porque rola uma ressonância entre os oxigênios.

O efeito de ressonância é mais forte do que o efeito de indução.

Por isso a segunda base conjugada é mais estável e, assim, o segundo composto é o ácido mais forte.

C H 3 C H 2 C O O H

Resposta

a) C H 3 C H 2 O C H 2 C H 2 O H

b) C H 3 C H 2 C O O H

Exercício Resolvido #8

UFMG – Lista de Química Orgânica I. Prof. Dr. Eufrânio Nunes da Silva Jr. Questão 05.

Álcoois podem agir como ácidos fracos ou bases fracas, assim como a água. Mostre a reação de metanol ( C H 3 O H ) com:

  1. H C l (um ácido forte)
  2. N a N H 2 (o íon N H 2 - é fortemente básico)
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Passo 1

Essas espécies que podem agir como ácido ou como base, dependendo da situação, são chamadas anfóteras.

É o caso do metanol.

Na presença de um ácido forte, ele assume o papel de base.

Na presença de uma base forte, ele assume o papel de ácido.

Passo 2

a) Reação do metanol com H C l :

H 3 C O H + H C l → H 3 C O H 2 + + C l -

Como o H C l é o ácido mais forte, ele doa um próton para o metanol.

Passo 3

b) Reação do metanol com N H 2 - :

H 3 C O H + N H 2 - → H 3 C O - + N H 3  

Como o metanol é o ácido mais forte, ele doa um próton para o N H 2 - .

Resposta

  1. H 3 C O H + H C l → H 3 C O H 2 + + C l -
  2. H 3 C O H + N H 2 - → H 3 C O - + N H 3  

Exercício Resolvido #9

UFRJ – Lista de Química Orgânica II. Questão 03.

Diga qual dos compostos é o mais ácido. Justifique sua resposta.

a)

b)

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Passo 1

a) Na letra a, a gente tem um fenol simples e um fenol com um grupo nitro. E precisamos decidir quem libera o H + com mais facilidade.

O mais ácido é aquele que tem a base conjugada mais estável.

A gente vai ter que estudar o que aquele grupo nitro faz na estrutura do fenol: ele tira elétrons por ressonância, tira elétrons por indução, injeta elétrons por ressonância ou injeta elétrons por indução?

Se ele retirar elétrons, ele vai estar espalhando a carga negativa da base conjugada, e aumentando a acidez do composto. Se ele injeta elétrons, ele vai deixar a base conjugada ainda mais desestabilizada, rica em carga negativa, e o ácido correspondente será fraco.

O efeito de ressonância geralmente é mais forte que o indutivo (a não ser para halogênios diretamente ligados ao anel benzênico). Então, vamos ver o que o grupo nitro faz na base conjugada.

Passo 2

A base conjugada do p-nitrofenol:

As cargas formais diferentes de zero estão indicadas na estrutura. Observe que o N não tem nenhum par de elétrons pra doar pro anel benzênico. Mas pode receber um par de elétrons por ressonância, desde que o oxigênio ligado a ele retire seus elétrons:

Em comparação com a ressonância do fenol sem o grupo nitro:

Podemos ver que a presença do grupo nitro gera uma forma a mais de ressonância (na ressonância de cima existem 5 estrutura diferentes, uma aparece duas vezes) do que no fenol.

Quanto mais formas de ressonância, maior o espalhamento de carga, mais estável a base conjugada, mais forte o ácido.

Então o p-nitrofenol é um ácido mais forte do que o fenol.

Passo 3

b) No item b temos dois ácidos carboxílicos. O grupo - C F 3 age por indução, retirando elétrons do resto da estrutura, devido a eletronegatividade do F .

Por isso, o grupo estabiliza a base conjugada do ácido, deixando o ácido mais forte.

Quanto mais perto os flúores estiverem do grupamento ácido, mais forte será o efeito indutivo e mais estabilizada será a base.

Assim, a base conjugada do primeiro ácido é mais estável que a base conjugada do segundo. O que faz com que o primeiro ácido seja o mais forte.

F 3 C C O O H

Resposta

a) p-nitrofenol

b) F 3 C C O O H

Exercício Resolvido #10

UEL – Lista de Química Orgânica I. Questões 33 e 34. Modificadas.

Observe os ácidos carboxílicos abaixo:

C H 3 C H 2 C H 2 C O O H           C H 3 C H 2 C H C l C O O H           C l C H 2 C H 2 C H 2 C O O H           C H 3 C H C l C H 2 C O O H

Coloque-os em ordem crescente de acidez e explique como a presença do substituinte cloro afeta a acidez dos ácidos carboxílicos e como a sua localização influencia na acidez.

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Passo 1

Substituir um hidrogênio por um cloro aumenta a acidez dos composto, porque o cloro é bastante eletronegativo e drena a densidade eletrônica da base conjugada, espalhando ela pela estrutura.

E quem fala carga espalhada, fala carga estabilizada. Quem fala base conjugada estável, fala ácido forte.

Portanto, o ácido mais fraco é aquele que não tem cloro na estrutura.

Agora, como a posição do cloro afeta na acidez?

O efeito indutivo é profundamente dependente da distância. É uma força de atração elétrica né? Por isso, o efeito do cloro vai ser mais forte quanto mais perto do grupamento ácido ele estiver. Dessa forma a ação estabilizante dele sobre a carga negativa da base conjugada será mais intensa.

Assim, do menos ácido para o mais ácido:

C H 3 C H 2 C H 2 C O O H < C l C H 2 C H 2 C H 2 C O O H < C H 3 C H C l C H 2 C O O H < C H 3 C H 2 C H C l C O O H  

Resposta

C H 3 C H 2 C H 2 C O O H < C l C H 2 C H 2 C H 2 C O O H < C H 3 C H C l C H 2 C O O H < C H 3 C H 2 C H C l C O O H  

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