Uma
reacao acido-base
e uma
reacao quimica
que ocorre entre um
acido
e uma
base
. Diversos conceitos existem os quais proveem definicoes alternativas para os mecanismos de reacao envolvidos e suas aplicacoes em resolver problemas relacionados.
Apesar de diversas similaridades nas definicoes, sua importancia torna-se aparente como metodos de analise diferentes quando aplicadas as reacoes da acido-base para especies gasosas ou liquidas, ou quando o carater do acido ou da base puder ser um tanto mais ou menos aparente. Historicamente, o primeiro destes conceitos cientificos dos acidos e as bases foram fornecidos pelo
quimico
frances
Antoine Lavoisier
, em torno de
1776
.
[
1
]
Devido ao conhecimento sobre
acidos fortes
de Lavoisier era restrito principalmente aos
oxiacidos
, os quais tendem a conter atomos centrais em altos
estados de oxidacao
cercados por oxigenio, tal como o
HNO
3
e
H
2
SO
4
, e dado que ele nao dispunha da composicao verdadeira dos acidos hidroalogenicos,
HCl
,
HBr
, e
HI
, definiu acidos em termos de seus conteudos de
oxigenio
, o qual de fato recebeu seu nome das palavras
gregas
significando "formador de acido" (do grego οξυ? (
oxys
) significando "acido" ou "afiado" e γεινομαι (
geinomai
) ou "gerar/formar"). A definicao de Lavoisier foi mantida como absoluta verdade por mais de 30 anos, ate o artigo de 1810 e subsequente abordagens por
Sir Humphry Davy
nas quais ele provou a ausencia de oxigenio em
H
2
S
,
H
2
Te
, e nos
acidos hidroalogenicos
. No entanto, Davy falhou em desenvolver uma nova teoria, concluindo que "a acidez nao depende de nenhuma substancia elementar particular, mas de peculiar arranjo de varias substancias".
[
2
]
Uma notavel modificacao da teoria do oxigenio foi fornecido por
Berzelius
, que afirmou que os acidos sao os oxidos de nao-metais, enquanto as bases sao oxidos de metais.
Esta definicao foi proposta por
Justus von Liebig
em torno de
1838
,
[
3
]
baseado em seus extensos trabalhos sobre a composicao quimica de
acidos organicos
. Esta finalizou a doutrina estabelecida sobre acidos baseados em oxigenio a acidos baseados em hidrogenio, iniciada por Davy. De acordo com Liebig, um acido e uma substancia contendo hidrogenio na qual este pode ser substituido por um metal qualquer.
[
4
]
A definicao de Liebig, completamente empirica, permaneceu em uso por quase 50 anos ate a adocao da definicao de Arrhenius.
[
5
]
Svante Arrhenius.
A definicao de Arrhenius das reacoes acido-base e um conceito acido-base mais simplificado desenvolvido pelo quimico
sueco
Svante Arrhenius
, que foi utilizado para proporcionar uma definicao mais moderna das bases que seguiram-se a seu trabalho com
Friedrich Wilhelm Ostwald
no que estabeleceram a presenca de
ions
em
solucao
aquosa em 1884, e que levou a Arrhenius a receber o
Premio Nobel de Quimica
em 1903 como "reconhecimento por seus extraordinarios servicos... prestados ao avanco da quimica por sua teoria da
dissociacao eletrolitica
".
[
6
]
Tal como se definiu no momento do descobrimento, as reacoes acido-base se caracterizam pelos acidos de Arrhenius, que
se dissociam
em solucao aquosa formando
ions hidrogenio
(H
+
), reconhecidos posteriormente como
ion hidronio
(H
3
O
+
),
[
6
]
e as bases de Arrhenius que formam anions
hidroxido
(OH
?
). Mais recentemente, as recomendacoes da
IUPAC
sugerem agora o novo termo "hidronio",
[
7
]
no lugar do tambem aceitado e mais antigo de "hidronio"
[
8
]
para ilustrar os mecanismos de reacao, tais como os definidos nas definicoes de Bronsted-Lowry e sistemas solventes, mais claramente que com a definicao de Arrhenius que atua como um simples esquema geral do carater acido-base.
[
6
]
A definicao de Arrhenius pode ser resumida como "os acidos de Arrhenius formam ions hidrogenio em solucao aquosa, enquanto que as bases de Arrhenius formam ions hidroxido".
A
tradicional definicao aquosa de acido-base
do conceito de Arrhenius se descreve como a formacao de agua a partir de ions hidrogeno e hidroxido, assim como a formacao de ions hidrogenio e hidroxido procedentes da dissociacao de um acido e uma base em solucao aquosa:
- H
+
(aq) + OH
?
(aq)
H
2
O
(Na atualidade, o uso de H
+
e considerado como uma abreviatura de H
3
O
+
, ja que atualmente se conhece que o proton isolado H
+
nao existe como especie livre em solucao aquosa.)
Isto conduz a definicao de que, nas reacoes acido-base de Arrhenius, se forma um sal e agua a partir da reacao entre um acido e uma base.
[
6
]
Em outras palavras, e uma
reacao de neutralizacao
.
- acido
+
+ base
?
→ sal + agua
Os ions positivos procedentes de uma base forma um sal com os ions negativos procedentes de um acido. Por exemplo, dois
moles
da base
hidroxido de sodio
(NaOH) podem combinar-se com um mol de acido sulfurico (H
2
SO
4
) para formar dois moles de
agua
e um mol de
sulfato de sodio
.
- 2 NaOH + H
2
SO
4
→ 2 H
2
O + Na
2
SO
4
A definicao de Bronsted-Lowry, formulada independentemente por seus dois autores,
Johannes Nicolaus Brønsted
e
Martin Lowry
em 1923, se baseia na ideia da
protonacao
das bases atraves da desprotonacao dos acidos, ou seja, a capacidade dos acidos de "doar" ions hidrogenio (H
+
) as bases, que por sua vez, os "aceitam".
[
9
]
Diferentemente da definicao de Arrhenius, a definicao de Bronsted-Lowrey nao se refere a formacao de sal e agua, senao a formacao de
acidos conjugados
e
bases conjugadas
, produzidas pela transferencia de um proton do acido a base.
[
6
]
[
9
]
Nesta definicao, um "
acido
e um composto que pode doar um proton, e uma
base
e um composto que pode receber um proton". Em consequencia, uma reacao acido-base e a eliminacao de um ion hidrogenio do acido e sua adicao a base.
[
10
]
Isto nao se refere a eliminacao de um proton do nucleo de um
atomo
, o que requereria niveis de energia nao alcancaveis atraves da simples dissociacao dos acidos, senao a eliminacao de um ion hidrogenio (H
+
).
A eliminacao de um proton (ion hidrogenio) de um acido produz sua
base conjugada
, que e o acido com um ion hidrogenio eliminado, e a recepcao de um proton por uma base produz seu
acido conjugado
, que e a base com um ion hidrogenio adicionado.
Por exemplo, a eliminacao de H
+
do
acido cloridrico
(HCl) produz
anion cloreto
(Cl
?
), base conjugada do acido:
- HCl → H
+
+ Cl
?
A adicao de H
+
ao
anion hidroxido
(OH
?
), uma base, produz agua (H
2
O), seu acido conjugado:
- H
+
+ OH
?
→ H
2
O
Assim, a definicao de Bronsted-Lowry abarca a definicao de Arrhenius, mas tambem estende o conceito de reacoes acido-base a sistemas nos quais nao ha agua envolvida, tais como a protonacao da
amonia
, uma base, para formar o
cation amonio
, seu acido conjugado:
- H
+
+ NH
3
→ NH
4
+
Esta reacao pode ocorrer em ausencia de agua, como na reacao da amonia com o
acido acetico
:
- CH
3
COOH + NH
3
→ NH
4
+
+ CH
3
COO
?
Esta definicao tambem proporciona um marco teorico para explicar a dissociacao espontanea da agua em baixas concentracoes de ions hidronio e hidroxido:
- 2 H
2
O
H
3
O
+
+ OH
?
A agua, ao ser um
anfotero
, pode atuar como um acido e como uma base; aqui, uma molecula de agua atua como um acido, doando um ion H
+
e formando a base conjugada, OH
?
, e uma segunda molecula de agua atua como uma base, aceitando o ion H
+
e formando o acido conjugado, H
3
O
+
.
Entao, a formula geral para as reacoes acido-base, de acordo com a definicao de Bronsted-Lowry, e:
- AH + B → BH
+
+ A
?
onde AH representa o acido, B representa a base, e BH
+
representa o acido conjugado de B, e A
?
representa a base conjugada de AH.
Diagrama de Venn
das principais teorias acido-base
Informacao extra em
Acido de Lewis
e
Base de Lewis
A definicao de Lewis das reacoes acido-base, proposta por
Gilbert N. Lewis
em 1923
[
11
]
e, em suma, uma generalizacao que compreende a definicao de Bronsted-Lowry e as definicoes de sistema solvente.
[
12
]
Em lugar de definir as reacoes acido-base em termos de protons ou de outras substancias relacionadas, a proposta de Lewis define uma base (conhecida como
base de Lewis
) ao composto que pode doar um
par eletronico
, e um acido (um
acido de Lewis
) como um composto que pode receber este par eletronico.
[
12
]
Esta definicao abrange todas as outras definicoes, abrange tanto que todas as reacoes quimicas podem ser resumidas, praticamente, em reacao de acido-base e reacao de redox.
Por exemplo, se consideramos a classica reacao aquosa acido-base:
- HCl (aq) + NaOH (aq) → H
2
O (l) + NaCl (aq)
A definicao de Lewis nao considera esta reacao como a formacao de um sal e agua ou a transferencia de H
+
do HCl ao OH
?
. Em seu lugar, considera como acido ao proprio ion H
+
, e como base ao ion OH
?
, que tem um par eletronico nao compartilhado. Em consequencia, aqui a reacao acido-base, de acordo com a definicao de Lewis, e a doacao do par eletronico do ion OH
?
ao ion H
+
. Isto forma uma
ligacao covalente
entre H
+
e OH
?
, que produz agua (H
2
O).
Ao tratar as reacoes acido-base em termos de pares de eletrons em vez de substancias especificas, a definicao de Lewis pode ser aplicada a reacoes que nao se situam dentro de nenhuma das outras definicoes de reacoes acido-base. Por exemplo, um cation
prata
se comporta como um acido com respeito a
amonia
, que se comporta como uma base, na seguinte reacao:
- Ag
+
+ 2 :NH
3
→ [H
3
N:Ag:NH
3
]
+
O resultado desta reacao e a formacao de um
aduto
de amonia-prata.
Em reacoes entre
acidos de Lewis
e
bases de Lewis
, ocorre a formacao de um aduto
[
12
]
quando o orbital molecular ocupado mais alto (
HOMO
) de uma molecula, tal como o NH
3
, com pares de eletrons solitarios disponiveis doa pares de eletrons livres ao orbital molecular mais baixo nao ocupado (
LUMO
) de uma molecula deficiente em eletrons, atraves de uma
ligacao covalente coordenada
; em tal reacao, a molecula interatuante HOMO atua como uma base, e a molecula interatuante LUMO atua como um acido.
Esta definicao se baseia em uma generalizacao da definicao anterior de Arrhenius a todos os solventes autodissociaveis.
Em todos estes solventes, ha uma certa concentracao de especies positivas,
cations solvonio
, e especies negativas,
anions solvato
, em equilibrio com as moleculas neutras do solvente. Por exemplo, a
agua
e a
amonia
se dissociam em ions
oxonio
e
hidroxido
, e
amonio
e
amida
, respectivamente:
- 2 H
2
O
H
3
O
+
+ OH
?
- 2 NH
3
NH
4
+
+ NH
2
?
Alguns sistemas aproticos tambem sofrem estas dissociacoes, tais como o
tetroxido de dinitrogenio
(N
2
O
4
) em
nitrosonio
e
nitrato
, e o
tricloreto de antimonio
, em dicloroantimonio e tetracloroantimoniato, e
fosgenio
em clorocarboxonio e
cloreto
.:
- N
2
O
4
NO
+
+ NO
3
?
- 2 SbCl
3
SbCl
2
+
+ SbCl
4
?
- COCl
2
COCl
+
+ Cl
-
Um soluto que ocasiona um aumento na concentracao dos cations solvonio e uma diminuicao nos anions solvato e um
acido
, e um que faz o inverso e uma
base
. Em consequencia, em
amonia
liquida, o KNH
2
(que fornecem o ion NH
2
-
) e uma base forte, e o NH
4
NO
3
(que fornecem o ion NH
4
+
) e um acido forte. Em
dioxido de enxofre
liquido, os compostos de
tionilo
(que fornecem o ion SO
2+
) se comportam como acidos, e os de
sulfitos
(que fornecem o ion SO
3
2?
) se comportam como bases.
As reacoes acido-base nao aquosas em amonia liquida sao similares as reacoes em agua:
- 2 NaNH
2
(base) + Zn(NH
2
)
2
(amida
anfifilica
) → Na
2
[Zn(NH
2
)
4
]
- 2 NH
4
I (acido) + Zn(NH
2
)
2
(amida anfifilica) → [Zn(NH
3
)
4
)]I
2
O acido nitrico pode ser uma base em acido sulfurico:
- HNO
3
(base) + 2 H
2
SO
4
→ NO
2
+
+ H
3
O
+
+ 2 HSO
4
?
A unica forca desta definicao mostra-se em descrever as reacoes em solventes aproticos, para o exemplo em N
2
O
4
liquido:
- AgNO
3
(base) + NOCl (acido) → N
2
O
4
+ AgCl
Dado que a definicao de sistema solvente depende tanto do solvente, como do composto mesmo, um mesmo composto pode mudar seu comportamento dependendo na escolha do solvente. Assim, o HClO
4
e um acido forte em agua, um acido fraco em
acido acetico
, e uma base fraca em
acido fluorossulfurico
. Isto foi visto tanto como uma forca como uma fraqueza, uma vez que algumas substancias, como
SO
3
e
NH
3
comportam-se como sendo acidas ou basicas, a seu proprio modo. Por outro lado, a teoria do sistema solvente foi criticada por ser demasiado geral para ser util, considerou-se que havia algo intrinsecamente acido em compostos de hidrogenio, nao compartilhada por sais de solvonio nao hidrogenicos.
[
2
]
A definicao mais geral e a do quimico russo
Mikhail Usanovich
, e pode ser resumida como que um acido e qualquer especie quimica que aceita especies negativas ou doa especies positivas, e uma base o inverso. Isto tende ser derrubado como coerente com o conceito de reacao
redox
(oxidacao-reducao), motivo pelo qual nao goza de apoio pelos quimicos. Isto se deve a que as reacoes redox se focam melhor como processos fisicos de transferencia eletronica, em lugar de processos de formacao e ruptura de ligacoes, ainda que a distincao entre estes dois processos e difusa.
Esta definicao, proposta pelo quimico alemao
Hermann Lux
[
13
]
[
14
]
em 1939, melhorada posteriormente por
Hakon Flood
em torno de 1947
[
15
]
e hoje usada comumente em
geoquimica
e
eletroquimica
modernas de
sais fundidos
, descreve um
acido
como um receptor de ions oxido, e uma
base
como um doador de ions oxido. Por exemplo:
[
16
]
- MgO (base) + CO
2
(acido) → MgCO
3
- CaO (base) + SiO
2
(acido) → CaSiO
3
- NO
3
-
(base) + S
2
O
7
2-
(acido) → NO
2
+
+ 2 SO
4
2-
Em 1963
[
17
]
Ralph Pearson propos um conceito avancado qualitativo conhecido como
teoria acido-base duro-macio
(ou
macio
) desenvolvida de forma quantitativa com
Robert Parr
em 1984. 'Duro' se aplica a especies que sao pequenas, tem altos estados de oxidacao, e sao pouco polarizadas. 'Mole' se aplica a especies que sao grandes, tem estados de oxidacao baixos, e sao fortemente polarizadas. Acidos e bases interatuam, e as interacoes mais estaveis sao duro-duro e mole-mole. Esta teoria tem encontrado utilizacao na quimica organica e inorganica.
Referencias
- ↑
Miessler, L. M., Tar, D. A., (1991) p166 - Table of discoveries attributes Antoine Lavoisier as the first to posit a scientific theory in relation to
oxyacids
.
- ↑
a
b
Hall, Norris F. (marco de 1940). ≪Systems of Acids and Bases≫.
J. Chem. Educ
.
17
(3): 124-128.
doi
:
10.1021/ed017p124
- ↑
Miessler, L. M., Tar, D. A., (1991) p166 - table of discoveries attributes Justus von Liebig's publication as 1838
- ↑
Meyers, R. (2003) p156
- ↑
H. L. Finston and A. C. Rychtman, A New View of Current Acid-Base Theories, John Wiley & Sons, New York, 1982, pp. 140-146.
- ↑
a
b
c
d
e
Miessler, L. M., Tar, D. A., (1991) p165
- ↑
Murray, K. K., Boyd, R. K.,
et al.
(2006) - Tendo-se em conta que, neste documento, nao ha nenhuma referencia aa desaprovacao do termino "hidronio", que tambem permanece aceito, mantendo-se no IUPAC
Gold book
. Entretanto se manifesta a preferencia por utilizar o termo "oxonio"
- ↑
International Union of Pure and Applied Chemistry,
et al.
(2006), "
Oxonium Ions
"
- ↑
a
b
Miessler, L. M., Tar, D. A., (1991), p167-169 -- De acordo com os autores, a definicao original era que os "acidos tinham a tendencia a perder um proton"
- ↑
Clayden, J., Warren, S.,
et al.
(2000), p182-184
- ↑
Miessler, L. M., Tar, D. A., (1991) p166 - A tabela de descobrimentos atribui a data de publicacao da teoria de Lewis como 1923.
- ↑
a
b
c
Miessler, L. M., Tar, D. A., (1991) p170-172
- ↑
Franz, H. (1966). ≪Solubility of Water Vapor in Alkali Borate Melts≫.
J. Am. Ceram. Soc
.
49
(9): 473?477.
doi
:
10.1111/j.1151-2916.1966.tb13302.x
- ↑
Lux, Hermann
(1939). ≪
"
Sauren" und "Basen" im Schmelzfluss: die Bestimmung. der Sauerstoffionen-Konzentration≫.
Ztschr. Elektrochem
.
45
(4): 303?309
- ↑
Flood, H.
; Forland, T. (1947). ≪The Acidic and Basic Properties of Oxides≫.
Acta Chem. Scand
.
1
. 592 paginas.
doi
:
10.3891/acta.chem.scand.01-0592
- ↑
Drago, Russel S.; Whitten, Kenneth W. (1966). ≪The Synthesis of Oxyhalides Utilizing Fused-Salt Media≫.
Inorg. Chem.
5
(4): 677?682.
doi
:
10.1021/ic50038a038
- ↑
Pearson, Ralph G. (1963). ≪Hard and Soft Acids and Bases≫.
J. Am. Chem. Soc.
85
(22): 3533?3539.
doi
:
10.1021/ja00905a001