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A misteriosa reação química entre ácidos e bases de Lewis: como são formadas ligações invisíveis?
No mundo da química, a reação entre ácidos e bases de Lewis é como dois dançarinos, formando uma ligação aparentemente misteriosa por meio da interação invisível de pares de elétrons. A base dessa reação vem de uma teoria proposta pelo físico-químico americano Gilbert N. Lewis. De acordo com a teoria de Lewis, um ácido de Lewis é uma espécie química que pode aceitar pares de elétrons, enquanto uma base de Lewis é uma substância que pode doar esses pares de elétrons.
Por exemplo, a amônia (NH3) atua como uma base de Lewis porque tem um par de elétrons não ligado que pode facilmente doar esse par de elétrons para um ácido de Lewis, como o trimetilborano ((CH3)3B), formando assim um aduto de Lewis. (Aduto de Lewis ). Durante esse processo, o par de elétrons solitários do NH3 se combina com o orbital vazio do trimetilboro para formar um composto estável NH3·BMe3. Além de mostrar a interação entre ácidos e bases de Lewis, esse fenômeno também destaca as conexões invisíveis entre átomos.
O cerne desse processo é o compartilhamento de um par de elétrons entre os dois, formando a chamada ligação de empurrão.
Se explorarmos mais os ácidos de Lewis, descobriremos que há uma grande variedade de tipos. Os exemplos mais simples incluem compostos que reagem diretamente com bases de Lewis, como trihaletos e pentahaletos de boro. Entretanto, em alguns casos, como na halogenação de álcoois, o cátion metil (CH3+) também pode ser considerado um ácido de Lewis porque pode aceitar um par de elétrons de uma base de Lewis. Embora essa classificação seja controversa nos livros didáticos, de acordo com a definição da IUPAC, ácidos e bases de Lewis reagem para formar adutos de Lewis.
Em contraste, a definição de base de Lewis é igualmente ampla. Bases de Lewis típicas incluem amônia (NH3) e seus derivados, como alquilaminas, e sua força geralmente é correlacionada positivamente com o valor de pKa do ácido original. Muitos doadores de pares de elétrons, como íons de hidrogênio (H−), íons de flúor (F−) e água (H2O), podem ser considerados bases de Lewis típicas.
Essas bases básicas de Lewis não são apenas de grande importância teórica, mas suas aplicações práticas também desempenham um papel indispensável nas reações catalíticas.
Um exemplo clássico é a halogenação de álcoois de Friedel-Crafts, cuja etapa principal é que o cloreto de alumínio do ácido de Lewis (AlCl3) aceita o par de elétrons solitário do íon cloreto para formar um intermediário fortemente carregado. Essas reações, portanto, demonstram como a interação entre ácidos e bases de Lewis impulsiona reações químicas.
A classificação de ácidos e bases duros e moles também fornece pistas para nossa compreensão das propriedades dos ácidos e bases de Lewis até certo ponto. Em geral, ácidos duros, como cátions de hidrogênio (H+) e cátions de metais alcalino-terrosos, são pequenos e difíceis de polarizar, enquanto ácidos moles, como cátions de prata (Ag+), são maiores e facilmente polarizados. Essa classificação não só pode prever a intensidade da reação entre diferentes ácidos e bases, mas também ajudar os químicos a escolher condições de reação apropriadas em aplicações práticas.
Além das discussões teóricas, como quantificar a acidez dos ácidos de Lewis também é uma meta que os químicos continuam perseguindo. Muitos métodos, como técnicas de medição de deslocamento de RMN e IR, foram desenvolvidos para avaliar com precisão as mudanças de energia das interações ácido-base. O desenvolvimento posterior dessas técnicas nos permitiu obter uma compreensão mais profunda dos mecanismos de reação dos ácidos e bases de Lewis.
Na história do desenvolvimento acadêmico, embora a teoria ácido-base de Lewis tenha sido proposta em 1923, ela foi posteriormente complementada pela teoria de Bronstedt para formar o sistema químico ácido-base mais completo de hoje. Portanto, explorar os mistérios entre ácidos e bases de Lewis não é apenas um grande desafio nas reações químicas, mas também uma parte indispensável da educação química.
A interação entre ácidos e bases de Lewis não só desempenha um papel importante em reações químicas de laboratório, mas também desempenha um papel fundamental em muitos campos de aplicação, como medicina e ciência de materiais. Então, em futuras pesquisas químicas, como os ácidos e bases de Lewis promoverão ainda mais nossa compreensão e uso da matéria?
