Teoria de Lewis

Teoria Completa

Eaí, tudo bom?

A gente já viu que na teoria de Bronsted-Lowry o importante era o próton, né? Ácidos eram espécies que doavam H + , e bases espécies que recebiam esse H + .

Como Lewis era um cara que não conseguia deixar quieto, ele teve que criar a teoria dele para os ácidos e as bases também, e ela é bem importante, então vamos lá!

Definição de ácido e base segundo Lewis

Quando você pensa em Lewis, você precisa pensar em par de elétrons. Ele sempre se preocupava com os benditos pares de elétrons: na ligação química, nas estruturas de Lewis e, aqui, na teoria ácido base dele.

Na época que ele lançou essa teoria, ele falou que a galera tava meio tarada nessa história de H + e que isso não era verdade. A transferência de prótons era uma consequência do fato de que:

Ácidos: recebem pares de elétrons.

Bases: doam pares de elétrons.

Ao doar pares de elétrons, muitas bases de Lewis acabam capturando prótons e se comportando como bases de Bronsted. Mas a teoria de Lewis é mais abrangente. Muitos compostos classificados como ácidos e bases de Lewis não são englobados pela teoria de Bronsted-Lowry.

Vamos ver uns exemplos?

Olha o exemplo de uma reação ácido-base de Lewis:

N H 3 + H C l → N H 4 + + C l -

Essa reação também é uma reação ácido base de Bronsted-Lowry. Mas aqui o motivo que faz o N H 3 ser uma base é porque ele está doando par de elétrons. O H + é o ácido porque ele aceita o par de elétrons. O íon C l - é considerado uma base mais fraca que o N H 3 , afinal o N H 3 consegue roubar seu H + .

Agora a reação de baixo é uma reação ácido-base de Lewis, mas não tem transferência de prótons, então não é uma reação ácido-base de Bronsted-Lowry.

N H 3 + B F 3 → H 3 N - B F 3

Saca só o N H 3 agindo como base e doando par de elétron enquanto o B do B F 3 recebe o par de elétrons, se comportando como ácido.

Os pares de elétrons dos flúores não foram indicados porque não participam diretamente da reação e só iam poluir a imagem, ok?

Tanto a teoria de Lewis quanto a de Bronsted são especialmente importantes na química orgânica.

Vamos praticar pra fixar? 😊

Expandir

Exercício Resolvido #1

Peter Atkins & Loretta Jones. Princípios da Química, 5ª ed. Porto Alegre: Bookman, 2012, pp 428-Teste 11.2A.

Identifique:

a) os ácidos e as bases de Bronsted nos reagentes e produtos do equilíbrio de transferência de prótons:

H N O 2 ( a q ) + H P O 4 ( a q ) 2 - ⇄ N O 2 ( a q ) - + H 2 P O 4 ( a q ) -

b) Que espécies (não necessariamente explícitas) são ácidos de Lewis e que espécies são bases de Lewis?

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Passo 1

a) Relembrando: ácido de Bronsted doa próton e base de Bronsted recebe próton.

Como o H N O 2 começa com o H + e termina sem ele ( N O 2 - ), ele está agindo como ácido, doando o próton.

Por outro lado, o H P O 4 2 - ganha um próton durante a reação, então atua como base de Bronsted.

Considerando o N O 2 - como base conjugada do H N O 2 e o H 2 P O 4 - como ácido conjugado do H P O 4 2 - , podemos afirmar que:

Ácidos de Bronsted: H N O 2 e H 2 P O 4 - ;

Bases de Bronsted: N O 2 - e H P O 4 2 - .

Passo 2

b) A base de Lewis é a espécie que doa par de elétrons, enquanto o ácido o recebe.

No sentido direto da reação, um par de elétrons do H P O 4 2 - ataca e rouba um H + , por isso o H P O 4 2 - age como base e o H + age como ácido de Lewis.

No sentido inverso da reação, um par de elétrons do N O 2 - captura um H + do H 2 P O 4 - . Assim, N O 2 - é a base de Lewis e o H + age, novamente, como ácido.

Ácido de Lewis:   H + ;

Bases de Lewis: H P O 4 2 - e N O 2 - .

Resposta

a) Ácidos de Bronsted: H N O 2 e H 2 P O 4 - ;

Bases de Bronsted: N O 2 - e H P O 4 2 - .

b) Ácido de Lewis:   H + ;

Bases de Lewis: H P O 4 2 - e N O 2 - .

Exercício Resolvido #2

UDESC – Lista de exercícios sobre funções inorgânicas. Prof. Fernanda Ferreira. Questão 25.

Tomando por base as definições clássicas de ácidos e bases, de Arrhenius, BrØnsted-Lowry e Lewis, defina como F ou V.

( ) Ácido é toda espécie química, íon ou molécula que, em solução aquosa libera o íon O H - ;

( ) Ácido é toda espécie química, íon ou molécula, capaz de receber um par de elétrons;

( ) Ácido é toda espécie química, íon ou molécula, capa de receber um próton, H + ;

( ) Base é toda espécie química, íon ou molécula, capaz de receber um par de elétrons;

( ) Base é toda espécie química, íon ou molécula, capaz de receber um próton, H + ;

( ) Base é toda espécie química, íons ou molécula, que em solução aquosa libera como único ânion, o íon OH.

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Passo 1

( F ) Ácido é toda espécie química, íon ou molécula que, em solução aquosa libera o íon O H - ;

Ácido liberando O H - é complicado né?

Nenhuma das teorias diz isso, então é falso!

Passo 2

( V ) Ácido é toda espécie química, íon ou molécula, capaz de receber um par de elétrons;

Pela teoria de Lewis a afirmativa é verdadeira.

Segundo Lewis, base doa par de elétrons e ácido recebe.

Passo 3

( F ) Ácido é toda espécie química, íon ou molécula, capa de receber um próton, H + ;

Quem define ácido e base pela capacidade de doar ou receber prótons é Bronsted-Lowry. E segundo eles quem recebe H + é base.

Passo 4

( F ) Base é toda espécie química, íon ou molécula, capaz de receber um par de elétrons;

Quem define ácido e base pela capacidade de doar ou receber par de elétrons é o seu Lewis. Segundo Lewis, a base pode doar par de elétrons, e não receber como a afirmativa sugere.

Passo 5

( V ) Base é toda espécie química, íon ou molécula, capaz de receber um próton, H + ;

Segundo a teoria de Bronted-Lowry, bases são aquelas espécies que podem receber prótons.

Passo 6

( V ) Base é toda espécie química, íons ou molécula, que em solução aquosa libera como único ânion, o íon OH.

Correto, segundo a teoria de Arrhenius.

Resposta

F, V, F, F, V, V.

Exercício Resolvido #3

Questão de vestibular - UNESP

A sibutramina, cuja estrutura está representada, é um fármaco indicado para o tratamento da obesidade e seu uso deve estar associado a uma dieta e exercícios físicos.

Com base nessa estrutura, pode-se afirmar que a sibutramina:

(A) é uma base de Lewis, porque possui um átomo de nitrogênio que pode doar um par de elétrons para ácidos.

(B) é um ácido de Brönsted-Lowry, porque possui um átomo de nitrogênio terciário.

(C) é um ácido de Lewis, porque possui um átomo de nitrogênio capaz de receber um par de elétrons de um ácido.

(D) é um ácido de Arrhenius, porque possui um átomo de nitrogênio capaz de doar próton.

(E) é uma base de Lewis, porque possui um átomo de nitrogênio que pode receber um par de elétrons de um ácido.

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Passo 1

Vamos estudar alternativa por alternativa.

Item (A): é uma base de Lewis, porque possui um átomo de nitrogênio que pode doar um par de elétrons para ácidos.

De fato, as bases de Lewis são aquelas que podem doar par de elétrons.

Agora, aquele nitrogênio tem pares de elétrons para doar?

Sim!!!

O nitrogênio fazendo três ligações, ainda guarda um par de elétrons “para si”. Assim ele está de octeto completo e carga forml igual a zero.

Portanto, de fato, a sibutramina pode agir como base de Lewis, doando aqueles elétrons do nitrogênio ali.

Passo 2

Item (B): é um ácido de Brönsted-Lowry, porque possui um átomo de nitrogênio terciário.

O ácido de Brönsted-Lowry tem hidrogênio pra doar né? Então não tem nenhuma relação com nitrogênios terciários (que estão ligados a 3 carbonos). A alternativa está errada.

Passo 3

Item (C): é um ácido de Lewis, porque possui um átomo de nitrogênio capaz de receber um par de elétrons de um ácido.

Ácidos de Lewis recebe par de elétrons. OK.

Agora.. será que aquele nitrogênio pode receber um par de elétrons?

Pra receber par de elétrons o cara tem que ter orbital vazio. O nitrogênio já está com todos os 2s e 2p completos, pois está de octeto completo.

Pra receber par de elétrons ele teria que aloca-los no subnível 3s, expandindo octeto.

Como a gente discute no capítulo de estruturas de Lewis, via de regra, os caras do segundo período não expandem o octeto porque precisam usar orbital de uma outra camada (passar de n = 2 para n = 3 ). Então aquele nitrogênio não vai querer receber elétrons, não.

Resumindo, o cara não é um ácido de Lewis devido ao nitrogênio.

Passo 4

Item (D): é um ácido de Arrhenius, porque possui um átomo de nitrogênio capaz de doar próton.

Ácido de Arrhenius doa próton. OK!

Mas o nitrogênio não tem nem um protonzinho pra doar não!!

Passo 5

Item (E): é uma base de Lewis, porque possui um átomo de nitrogênio que pode receber um par de elétrons de um ácido.

Base de Lewis é aquele que doa par de elétrons, e não que recebe! E o nitrogênio não pode receber par de elétrons mesmo... Então a alternativa está duplamente falsa.

Resposta

(A) é uma base de Lewis, porque possui um átomo de nitrogênio que pode doar um par de elétrons para ácidos.

Exercício Resolvido #4

Peter Atkins & Loretta Jones. Princípios da Química, 5ª ed. Porto Alegre: Bookman, 2012, pp 469-11.17.

Escreva a estrutura de Lewis de cada reagente, identifique o ácido e a base de Lewis e escreva a estrutura de Lewis do produto (um complexo) para as seguintes reações entre ácidos e bases de Lewis:

a) P F 3 + F - →

b) C l - + S O 2 →

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Passo 1

a) Eaí? Ainda lembra como faz estruturas de Lewis?

Vamos ver pro P F 3 :

A gente começa definindo o átomo central, que aqui será o P (por estar em menor quantidade e ser menos eletronegativo).

Liga os F no P .

Aí a gente conta os elétrons de valência dos átomos, porque esse é o número de elétrons que tem que aparecer na nossa estrutura.

Show! Sabendo que a nossa estrutura tem que ter 26 elétrons, vamos completar o octeto da galera e ver se o número de elétrons fecha.

Todo mundo de octeto completo e a estrutura tá com 26 elétrons! Estrutura feita! Além disso, todas as cargas formais são iguais a zero.

Pra estrutura do F - , não tem segredo.

Temos que ter os 7 elétrons de valência do flúor, mais um elétron referente àquela carga negativa ali. Fica assim:

Passo 2

Hora de identificar a base e o ácido de Lewis.

A base tem que doar par de elétrons. É bem verdade que o P tem um par de elétrons que pode ser doado. Mas o flúor, todo negativo, não vai receber esse par de elétrons. Até porque ele não pode expandir o octeto (estando no segundo período da tabela periódica).

Aqui, como o de costume, o halogeneto será a base e, portanto, o P F 3 será o ácido, recebendo par de elétrons.

A reação fica assim:

O produto formado é o [ P F 4 ] - , com 34 elétrons: 7 de cada flúor, 5 do fósforo e um referente a carga negativa.

Passo 3

b) Estrutura do C l - não tem segredo: tem que aparecer os 7 elétrons de valência do cloro mais um elétron referente à carga negativa do íon:

Pro S O 2 , definimos o S como átomo central por sem o átomo em menor quantidade e menos eletronegativo.

Ligando os oxigênios nele:

Vamos contar os elétrons de valência, pra saber quantos elétrons devem aparecer na nossa estrutura.

Agora a gente completa o octeto da galera e vê se o número de elétrons bate com os 18 que a estrutura precisa ter:

Contando aí em cima, a estrutura ficou com 20 elétrons. Então vamos diminuir o número de par de elétrons, completando o octeto através de uma ligação dupla ao invés de pares isolados:

E as cargas formais, da esquerda para a direita: -1, +1, 0. Como o S pode expandir o octeto, a gente pode até compartilhar um par de elétrons do oxigênio da esquerda com o S , melhorando as cargas formais para: 0, 0, 0.

E ainda rola muita ressonância aí.

Passo 4

Como o halogeneto costuma agir como base, o C l - será a base de Lewis, doando par de elétrons e o ácido de Lewis será o S O 2 , recebendo o par de elétrons.

O complexo formado será, então: [ S O 2 C l ] - .

Pra representar a estrutura do complexo formado:

Completando o octeto:

A estrutura fica com 26 elétrons. Mas os dois oxigênios estão com carga formal negativa (-1) enquanto a carga formal do S é igual a +1. Portanto a estrutura mais adequada é:

Sabendo que uma ligação dupla existente no S O 2 foi desfeita, é adequado indicar o par de elétrons da ligação dupla indo pro oxigênio quando o S é “atacado” pelo par de elétrons do cloreto.

Resposta

Exercício Resolvido #5

IFRN – Lista de Equilíbrio Aquoso. Professor Albino Nunes. Questão 13.

Indicar os ácidos e as bases de Lewis nas reações abaixo:

  1. F e C l 3 + C l - → [ F e C l 4 ] - ;
  2. I - + I 2 → I 3 - ;
  3. [ : S n C l 3 ] - + C O 5 M n C l → C O 5 M n - S n C l 3 + C l -
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Passo 1

a) Por Lewis, a gente sabe que a base doa par de elétrons e o ácido recebe, certo?

Acho que representando as estruturas vai ficar mais fácil de você enxergar quem está doando pra quem aí no item a.

A gente só representou os pares de elétron que estão “atacando” o Fe.

Tá, vendo o desenho fica claro que o cloreto está doando par de elétrons, então é a base. E o F e 3 + está recebendo os pares de elétrons, então é o ácido.

Mas sem o desenho, como adivinhar?

O Fe tem configuração igual a A r 4 s 2 3 d 6 . Portanto ele pode receber 4 elétrons no orbital 3d.

O cloro pode expandir o octeto? Pode! Mas ele vai ter que ocupar um subnível desocupado.

Além disso, o cloro tá todo negativo, cheio de par de elétrons, recebendo mais elétrons??? Pra quê? Quando um par de elétrons fosse “atacar” o cloreto, seria repelido por aquele monte de elétron na volta dele e o ataque não aconteceria.

Os halogenetos costumam agir como bases de Lewis.

Passo 2

b) Mais uma vez um halogeneto: o iodeto. Negativão, cheio de amor pra dá. Digo, de pares de elétrons pra dar. É mais fácil ele agir como base de Lewis né? Aí um iodo do I 2 vai ter que agir como ácido de Lewis, pra receber esse par de elétrons.

Olha como nenhum par de elétrons foi “perdido”. Ele só foi “realocado”, compartilhado entre dois iodos.

Passo 3

c) [ : S n C l 3 ] - + C O 5 M n C l → C O 5 M n - S n C l 3 + C l -

Não te assusta!

A gente tem um cara negativo e um cara neutro reagindo.

É mais fácil o negativo doar par de elétrons! Além disso, no enunciado tem um par de elétrons ali no S n . Tem tudo pra ele estar doando par de elétrons (base de Lewis).

Aí a gente olha pro produto e vê que uma ligação foi feita entre o M n e o S n . Pronto! Um par de elétrons do S n atacando o M n !

Portanto o [ S n C l 3 ] - é a base de Lewis, doando par de elétrons, e o C O 5 M n C l age como ácido de Lewis, recebendo esse par de elétrons.

Resposta

a) ácido: F e C l 3 base: C l -

b) ácido: I 2 base: I -

c) ácido: [ C O 5 M n C l ] base: [ S n C l 3 ] -

Exercício Resolvido #6

Elaboração própria

Indique qual o composto é mais básico e explique.

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Passo 1

Pra esses caras terem comportamento básico, eles vão ter que doar o par de elétrons do nitrogênio.

Ambos os compostos possuem um grupo capaz de “drenar” a densidade eletrônica do N por eletronegatividade.

O flúor é o elemento mais eletronegativo da tabela periódica, e ter 3 deles na estrutura molecular, faz toda a diferença na disponibilidade dos elétrons do N .

Como o efeito indutivo é maior quanto mais próximo o grupo estiver, no primeiro composto esse efeito vai ser mais drástico e o par de elétrons do N vai estar pouco disponível, já o N do segundo composto, sente menos a presença dos flúores, tendo mais facilidade em doar seus elétrons.

O C F 3 C H 2 C H 2 N ¨ H 2 é a base mais forte.

Resposta

C F 3 C H 2 C H 2 N ¨ H 2

Exercício Resolvido #7

UEL – Química Orgânica I. Questão 29.

Indique o ácido e a base de Lewis nas reações abaixo:

a)

b)

c)

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Passo 1

a) A base de Lewis vai doar elétrons e o ácido de Lewis vai receber esses elétrons.

Na reação aí de cima, um par de elétrons do C l ataca o A l , formando uma ligação. O composto formado (assim como nas outras reações desse exercício) não é muito estável (afinal o cloro não é de ficar positivo), e depois vai ter uma ligação quebrada numa próxima etapa.

Na reação mostrada, o C H 3 C H 2 C l age como base e o A l C l 3 como ácido de Lewis.

Passo 2

b) Você consegue identificar de onde sai o par de elétrons e onde ele vai parar aí no item b?

Se você montar a estrutura de Lewis do B F 3 , vai ver que não tem par de elétrons sobrando no B . Já no oxigênio do O H tem né?

Então, pra formar a ligação entre o O e o B observada no produto, um par de elétrons do oxigênio ataca o B . Se o oxigênio doa um par de elétrons e o boro recebe eles, já temos nosso ácido e nossa base de Lewis né?

Ácido de Lewis: B F 3

Base de Lewis: C H 2 O H

Quer ver o esquema com as setinhas?

Passo 3

c) Aquele carbocátion lá não tem par de elétrons pra doar. E tá loooouco pra receber um par de elétrons. De fato, os carbocátions são ácidos de Lewis bem fortes.

Então o oxigênio da água doa um par de elétrons pra ele, agindo como base de Lewis.

Resposta

a) Base de Lewis:   C H 3 C H 2 C l ácido de Lewis: A l C l 3

b) Base de Lewis: C H 2 O H ácido de Lewis: B F 3

c) Base de Lewis: H 2 O ácido de Lewis: ( C H 3 ) 3 C +

Exercício Resolvido #8

UFMG – Lista de Orgânica. Prof. Dr. Eufrânio Nunes da Silva Jr. Questão 04. Modificada.

Mostre por meio de setas curvas como ocorrerá a reação entre os reagentes abaixo. Qual a definição de ácido e base de Lewis? Que espécies estão agindo como base e ácido de Lewis?

N ( M e ) 3 + A l C l 3 →

B F 3 + N ( M e ) 3 →

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Passo 1

Bora começar pela definição de Lewis:

Ácido: espécie que recebe par de elétrons.

Base: espécie que doa par de elétron.

Ah, caso você não esteja familiarizado com a notação, aque M e se refere a um metil ( C H 3 ).

Passo 2

A gente sabe que o N tem um par de elétrons quando faz só três ligações. Por outro lado, estamos começando a nos acostumar (pelos exercícios anteriores) a ver o A l C l 3 como ácido de Lewis, recebendo par de elétrons.

Representando isso por meio das setas curvas, o ataque sempre é do par de elétrons da base em direção ao ácido.

Assim, o N ( C H 3 ) 3 age como base de Lewis e o A l C l 3 como ácido.

Passo 3

De modo muito semelhante à primeira reação, na segunda reação um par de elétrons do nitrogênio ataca um orbital vazio do boro.

Assim, o N ( C H 3 ) 3 age como base de Lewis e o B F 3 como ácido.

Resposta

N ( M e ) 3 age como base de Lewis e o A l C l 3 como ácido de Lewis.

N ( M e ) 3 age como base de Lewis e o B F 3 como ácido de Lewis.

Exercício Resolvido #9

UFMG – Lista de Orgânica. Prof. Dr. Eufrânio Nunes da Silva Jr. Questão 06.

Quais dos compostos abaixo provavelmente agirão como ácidos de Lewis e quais reagirão como bases de Lewis?

  1. A l B r 3
  2. C H 3 C H 2 N H 2
  3. B H 3
  4. H F
  5. T i C l 4
  6. N b C l 5
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Passo 1

Devido aos altos valores de eletropositividade dos metais, eles normalmente recebem elétrons, agindo como ácidos de Lewis. A presença de halogênios ligados aos metais aumenta ainda mais a tendência deles em receber elétrons, porque os halogênios são bem eletronegativos e deixam o metal elétron-deficiente.

Compostos como o B H 3 não possuem pares de elétrons não ligantes, portanto, só podem agir como ácidos de Lewis.

Quando o nitrogênio possui par de elétrons não ligantes (sempre que ele faz três ligações ou menos), ele costum agir como base, doando par de elétrons.

Aí fica só o H F faltando. O fluoreto ( F - ) age como base de Lewis, doando par de elétrons pra fazer ligações. Por outro lado, o H + age como ácido de Lewis, recebendo par de elétrons.

Passo 2

Com base nos argumentos do passo 1, podemos dizer que:

  1. A l B r 3 costuma agir como ácido de Lewis.
  2. C H 3 C H 2 N H 2 costuma agir como base de Lewis.
  3. B H 3 costuma agir como ácido de Lewis.
  4. No H F , H + age como ácido de Lewis e F - como base de Lewis.
  5. T i C l 4 costuma agir como ácido de Lewis.
  6. N b C l 5 costuma agir como ácido de Lewis.

Resposta

  1. A l B r 3 costuma agir como ácido de Lewis.
  2. C H 3 C H 2 N H 2 costuma agir como base de Lewis.
  3. B H 3 costuma agir como ácido de Lewis.
  4. No H F , H + age como ácido de Lewis e F - como base de Lewis.
  5. T i C l 4 costuma agir como ácido de Lewis.
  6. N b C l 5 costuma agir como ácido de Lewis.

Exercício Resolvido #10

UFRJ – Lista de Inorgânica. Prof. Farias. Questão 09.a.

Explique o motivo da ordem de aumento da força básica abaixo:

N F 3 < N H 3 < N ( C H 3 ) 3

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Passo 1

A basicidade de Lewis está ligado à capacidade da espécie em doar par de elétrons.

No caso dos compostos do enunciado, caso os átomos ligados ao nitrogênio drenem a densidade eletrônica do mesmo, o par de elétrons se torna menos disponível e a força básica diminui.

Isso é o que acontece no N F 3 . Os flúores são muito eletronegativos e puxam a densidade eletrônica do N para si por efeito indutivo.

No N ( C H 3 ) 3 , o efeito é o contrário. Os radicais - C H 3 , - C H 2 C H 3 , entre outros, são doadores de elétrons por indução. Com isso, aumentam a densidade eletrônica no nitrogênio, facilitando a sua ação básica de doação de elétrons.

Nessa história aí, o N H 3 fica no meio do caminho, com basicidade intermediária.

Resposta

Efeito indutivo dos grupos ligados ao N .

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