Teoria de Bronsted-Lowry | Resumo e Exercícios Resolvido
Lista de Exercícios de Teoria de Bronsted-Lowry
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.
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.
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.
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?
IFRN – Lista de Exercícios sobre Equilíbrio Aquoso. Prof. Albino Oliveira Nunes. Questão 01.
Qual a definição de BrØnsted-Lowry de ácidos e de base?
Pergunta simples pra aquecer os motores.
E é importante que a definição fique bem clara né?
Pra Bronsted-Lowry: ácido é quem doa prótons e base é quem recebe prótons.
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:
H C l O 4 + N 2 H 4 ⇄ N 2 H 5 + + C l O 4 -
C O 3 2 - + H 2 O ⇄ H C O 3 - + O H -
N O 2 - + N 2 H 5 + ⇄ H N O 2 + N 2 H 4
H C N + H 2 S O 4 ⇄ H 2 C N + H S O 4 -
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 + .
b) Ácido: H 2 O
Base: C O 3 2 -
Base conjugada: O H -
Ácido conjugado: H C O 3 -
c) Ácido: N 2 H 5 +
Base: N O 2 -
Base conjugada: N 2 H 4
Ácido conjugado: H N O 2
d) Ácido: H 2 S O 4
Base: H C N
Base conjugada: H S O 4 -
Ácido conjugado: H 2 C N +
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 .
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 -
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.
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 +
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.
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.
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 !
O fenol é um ácido mais forte.
UFOP – Lista I de Química Orgânica. Profª Flaviane Hilário. Questão 07.
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.
a) Pra descobrir o ácido mais forte, a gente precisa estudar a estabilidade das bases conjugadas.
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
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.
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 -
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
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.
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
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
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
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:
H C l (um ácido forte)
N a N H 2 (o íon N H 2 - é fortemente básico)
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.
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.
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 - .
UFRJ – Lista de Química Orgânica II. Questão 03.
Diga qual dos compostos é o mais ácido. Justifique sua resposta.
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.
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.
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
a) p-nitrofenol
b) F 3 C C O O H
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.
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