Pares conjugados ácido-base
Numa aula laboratorial, a Leonor dissolve cloreto de hidrogénio em água e nota que a solução conduz bem a corrente elétrica. A água não é um simples «meio» onde o HCl está disperso: participa na reação. Mas o que faz exatamente? E porque é que, depois de reagir, as espécies formadas também podem reagir? A resposta está nos pares conjugados ácido-base.
Ácido, base e a sua espécie conjugada
Segundo Brönsted-Lowry, um ácido é uma espécie que cede protões (H⁺) e uma base é uma espécie que recebe protões.
Quando um ácido cede um protão, a espécie que fica pode recebê-lo de volta. Por isso comporta-se como base. O mesmo acontece no sentido inverso.
Para escrever a espécie conjugada:
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base conjugada de um ácido: retira um H⁺ (a carga desce uma unidade);
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ácido conjugado de uma base: junta um H⁺ (a carga sobe uma unidade).
Quando um ácido cede um protão, a espécie que resta pode voltar a recebê-lo: é a sua base conjugada. Do mesmo modo, quando uma base recebe um protão forma-se o seu ácido…
Quando um ácido cede um protão, a espécie que resta pode voltar a recebê-lo: é a sua base conjugada. Do mesmo modo, quando uma base recebe um protão forma-se o seu ácido conjugado.
- a) Copia e completa a tabela seguinte, escrevendo a fórmula da espécie conjugada pedida em cada célula assinalada com «?».
| Espécie | Ácido conjugado | Base conjugada |
|---|---|---|
| $\text{HNO}_3$ | — | ? |
| $\text{NH}_3$ | ? | — |
| $\text{H}_2\text{O}$ | ? | ? |
| $\text{HSO}_4^-$ | ? | ? |
| $\text{CO}_3^{2-}$ | ? | — |
- b) Justifica os três traços da tabela, isto é, por que razão essas espécies não têm espécie conjugada desse tipo em solução aquosa.
- c) Explica por que razão a água e o ião $\text{HSO}_4^-$ preenchem as duas colunas.
Os dois pares numa reação ácido-base
Um ácido só cede um protão se houver uma base que o receba. Por isso, uma reação ácido-base é uma transferência de protões entre duas espécies, e envolve dois pares conjugados.
Cloreto de hidrogénio em água:
$$\text{HCl}(g) + \text{H}_2\text{O}(l) \longrightarrow \text{Cl}^-(aq) + \text{H}_3\text{O}^+(aq)$$O HCl cede um protão à água. Cada lado tem um ácido e uma base:
| Ácido | Base | |
|---|---|---|
| Reagentes | HCl | $\text{H}_2\text{O}$ |
| Produtos | $\text{H}_3\text{O}^+$ | $\text{Cl}^-$ |
Os pares conjugados são $\text{HCl}/\text{Cl}^-$ e $\text{H}_3\text{O}^+/\text{H}_2\text{O}$.
Método para identificar os pares:
-
Procura quem perde H⁺ (ácido) e quem ganha H⁺ (base) entre reagentes.
-
Associa cada reagente ao produto que difere dele num H⁺.
A figura representa, de forma esquemática, a reação entre o cloreto de hidrogénio e a água; a seta curva assinala a transferência de um protão entre duas das espécies.…
A figura representa, de forma esquemática, a reação entre o cloreto de hidrogénio e a água; a seta curva assinala a transferência de um protão entre duas das espécies.
- a) Identifica a espécie dadora e a espécie recetora de protões nesta reação.
- b) Um par conjugado ácido-base é constituído por duas espécies que diferem apenas num protão. Escreve os dois pares conjugados presentes nesta reação.
- c) Indica, em cada par, qual é o ácido e qual é a base.
Espécies anfotéricas
Há espécies que tanto cedem como recebem protões. Chamam-se anfotéricas (ou anfipróticas). A água é a mais conhecida: já viste que é base com o HCl e ácido com o $\text{NH}_3$.
Para ser anfotérica, uma espécie tem de ter ao mesmo tempo um H⁺ para ceder e capacidade de receber um H⁺. Repara no $\text{HCO}_3^-$:
-
tem um H, por isso pode ceder: $\text{HCO}_3^- \to \text{CO}_3^{2-}$;
-
pode receber: $\text{HCO}_3^- \to \text{H}_2\text{CO}_3$.
Como ácido: $\text{HCO}_3^-(aq) + \text{H}_2\text{O}(l) \rightleftharpoons \text{CO}_3^{2-}(aq) + \text{H}_3\text{O}^+(aq)$. Os pares são $\text{HCO}_3^-/\text{CO}_3^{2-}$ e $\text{H}_3\text{O}^+/\text{H}_2\text{O}$.
Como base: $\text{HCO}_3^-(aq) + \text{H}_2\text{O}(l) \rightleftharpoons \text{H}_2\text{CO}_3(aq) + \text{OH}^-(aq)$. Os pares são $\text{H}_2\text{CO}_3/\text{HCO}_3^-$ e $\text{H}_2\text{O}/\text{OH}^-$.
Algumas espécies, como o ião hidrogenocarbonato, $\text{HCO}3^-$, tanto podem ceder como receber protões: dizem-se anfotéricas (ou anfipróticas). a) Escreve a equação da…
Algumas espécies, como o ião hidrogenocarbonato, $\text{HCO}_3^-$, tanto podem ceder como receber protões: dizem-se anfotéricas (ou anfipróticas).
- a) Escreve a equação da reação do ião $\text{HCO}_3^-$ com a água em que esse ião se comporta como ácido e identifica os dois pares conjugados.
- b) Escreve agora a equação da reação do mesmo ião com a água em que ele se comporta como base e identifica os dois pares conjugados.
- c) Dos iões $\text{Cl}^-$, $\text{NH}_4^+$ e $\text{HCO}_3^-$, indica qual só pode comportar-se como base, qual só como ácido e qual pode comportar-se das duas maneiras. Justifica cada caso.
- d) A existência de espécies anfotéricas mostra que «ácido» e «base» não são propriedades absolutas de uma substância. Explica esta afirmação com base na definição de Brønsted-Lowry.
Voltando ao início: na solução da Leonor, a água é a base que recebe o protão do HCl. Forma-se $\text{H}_3\text{O}^+$ e $\text{Cl}^-$, e é por haver estes iões que a solução conduz a corrente.
Em resumo
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Um par conjugado ácido-base são duas espécies que diferem apenas num protão: ácido ($\text{HA}$) e base ($\text{A}^-$).
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Base conjugada: retira-se H⁺ ao ácido; ácido conjugado: junta-se H⁺ à base. A carga muda uma unidade.
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Toda a reação ácido-base é uma transferência de protões e envolve dois pares conjugados.
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A água pode ser ácido ou base, conforme a espécie com que reage.
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Espécies anfotéricas cedem e recebem protões, como o $\text{HCO}_3^-$ e a água.