O que é um ácido de Lewis?
O termo ácido de Lewis é nomeado após o químico americano Gilbert N. Lewis. Os primeiros químicos reconheceram um ácido como uma substância com sabor amargo que reage com alguns metais e neutraliza bases ou álcalis, produzindo um sal. Desde o final do século 19, no entanto, foram feitas tentativas para definir ácidos e bases de uma maneira mais rigorosa, e uma que explica o que realmente acontece em uma reação ácido-base. A de Lewis é a definição mais ampla.
Em 1883, o químico sueco Svante Arrhenius definiu um ácido como uma substância que forma íons hidrogênio (H + ) em solução aquosa e uma base como substância que forma íons hidróxido (OH - ). Os íons H + - que são simplesmente prótons - são reativos demais para existir em uma solução aquosa e se associam a moléculas de água para formar íons hidrônio (H 3 O + ). A definição de Arrhenius mostrou-se muito útil e abrange a maioria dos compostos comumente considerados ácidos. Por exemplo, o ácido clorídrico, uma solução do cloreto de hidrogênio do gás na água, fornece íons H + que formam íons hidrônio na solução: HCl + H2O → H3O + + Cl - . Essa definição permaneceu o padrão até o século 20 e ainda é usada com freqüência hoje.
Uma característica definidora de todos os ácidos é que eles neutralizam bases para produzir sais. Um exemplo é a reação do ácido clorídrico com hidróxido de sódio (NaOH) para produzir cloreto de sódio e água (H2O): H2O + Cl - + Na + OH - → Na + Cl - + H2O. Aqui, o Os íons H + fornecidos pelo ácido clorídrico se combinam com os íons OH - fornecidos pelo hidróxido de sódio para produzir água, enquanto os íons Na + e Cl - se combinam para produzir sal, de acordo com a teoria de Arrhenius; no entanto, reações semelhantes podem ocorrer entre compostos que não se encaixam nas definições de ácidos e bases de Arrhenius. Por exemplo, o cloreto de hidrogênio gasoso pode reagir com amônia gasosa para formar o sal cloreto de amônio: HCl + NH3 → NH4 + Cl - . Dois compostos se combinaram para formar um sal, mas como não estão em solução, não há íons H + ou OH - , de modo que os reagentes não se qualificam como ácido e base de acordo com Arrhenius.
Em 1923, dois químicos - Johaness Bronsted e Thomas Lowry - criaram independentemente uma nova definição. Eles sugeriram que um ácido era um doador de prótons e uma base um aceitador de prótons. Em uma reação ácido-base, o ácido fornece um próton, ou íon H + , à base; no entanto, nenhum reagente precisa estar em solução, com os íons H + ou OH - realmente presentes antes da reação. Essa definição inclui todos os ácidos e bases de Arrhenius, mas também explica a combinação de cloreto de hidrogênio gasoso e amônia como uma reação ácido-base: o cloreto de hidrogênio covalente forneceu um próton à amônia para formar um íon amônio (NH 4 + ), que forma um composto iônico com o íon Cl - .
O químico americano Gilbert N. Lewis sugeriu, também em 1923, um conceito estendido de ácidos e bases como aceitadores e doadores de pares de elétrons, respectivamente. Por essa definição, uma reação ácido-base envolve os reagentes que formam uma ligação coordenada - uma ligação covalente na qual ambos os elétrons compartilhados provêm do mesmo átomo - com os elétrons provenientes da base. Na reação HCl – NaOH descrita acima, o íon H + fornecido pelo HCl aceita um par de elétrons do íon OH fornecido pelo NaOH para formar água.
De acordo com essa teoria, portanto, uma base de Lewis é um composto que possui um par de elétrons não ligado disponível para ligação. A estrutura ácida de Lewis é tal que pode obter uma configuração estável, formando uma ligação coordenada com uma base de Lewis. As bases não precisam conter íons hidróxido ou aceitar prótons, e um ácido de Lewis não precisa conter hidrogênio ou doar prótons. A definição de ácido de Lewis inclui todos os ácidos Arrhenius e Bronsted-Lowry e também muitas substâncias que não atendem aos critérios de Bronsted-Lowry ou Arrhenius.
Um bom exemplo dessa substância é o trifluoreto de boro (BF 3 ). Neste composto, o boro, que normalmente possui três elétrons em sua camada externa, formou ligações covalentes, compartilhando um par de elétrons com cada um dos três átomos de flúor. Embora o composto seja estável, ele tem espaço para mais dois elétrons em sua camada externa. Assim, pode formar uma ligação coordenada com um doador de pares de elétrons - em outras palavras, uma base.
Por exemplo, ele pode combinar-se com amônia (NH3), que possui um átomo de nitrogênio com um par de elétrons não ligado, pois três dos cinco elétrons na camada externa do nitrogênio estão em ligações covalentes com os três átomos de hidrogênio. A combinação de trifluoreto de boro e amônia é a seguinte: BF 3 +: NH 3 → BF 3 : NH 3 - o “:” representa o par de elétrons do átomo de nitrogênio da amônia. O trifluoreto de boro está se comportando como um ácido de Lewis e a amônia como base.