Teorias ácido-base de Arrhenius, de Brønsted-Lowry e de Lewis

Existem várias teorias que tentam explicar o comportamento dos ácidos e das bases, baseando-se em algum princípio geral. Entre elas, iremos considerar três que surgiram no século XX e, cronologicamente, na seguinte ordem: teoria de Arrhenius (1887), de Brønsted-Lowry ou teoria protônica (1923) e de Lewis ou teoria eletrônica (1923).

1. Teoria ácido-base de Arrhenius (1887):

Svante August Arrhenius

O químico sueco Svante August Arrhenius realizou experimentos que testavam a condutividade elétrica em solução e verificou que determinadas substâncias sofriam ionização (reagiam com a água e formavam íons) ou dissociação iônica (íons já existentes eram separados pela ação da água) e conduziam corrente elétrica.

Ao analisar os tipos de íons que tais substâncias formavam em água, ele notou que algumas produziam o mesmo tipo de cátion, outras produziam o mesmo tipo de ânion e, por essa razão, possuíam propriedades muito parecidas, podendo ser agrupadas. Desse modo, surgiu o seu conceito de ácido e base:

Ácido é toda substância que em água produz como cátion somente H⁺, e base é aquela que produz como ânion somente OH^–.

Exemplos de ácidos de Arrhenius:

Ácido + Água → Cátion + Ânion
HCℓ_(g) + H₂O_(ℓ) → H₃O⁺_(aq) + Cℓ^-_(aq)
H₂SO_3(g) + 2 H₂O_(ℓ) → 2 H₃O⁺_(aq) + SO₃^2-_(aq)
H₃PO_4(s) + 3 H₂O_(ℓ) → 3 H₃O⁺_(aq) + PO₄^3-_(aq)

Exemplos de bases de Arrhenius:

Base + Água → Cátion + Ânion
NaOH → Na ⁺ + OH^-
Ca(OH)₂ →Ca²⁺ + 2 OH^-
Al(OH)₃ →Al³⁺ + 3 OH^-

A neutralização seria a reação entre essas duas espécies iônicas, produzindo água:

H⁺_(aq) + OH^–_(aq) → H₂O_(ℓ)

No entanto, apesar de explicar inúmeros fenômenos e contribuir para várias linhas de pesquisa da química, essa teoria apresentava algumas limitações. Por exemplo, ela estava restrita a soluções aquosas, não considerava compostos sólidos nem outros solventes diferentes da água.

2. Teoria de Brønsted-Lowry ou teoria protônica (1923):

Foi proposta de forma independente por G. Lewis (EUA), por T. Lowry (Inglaterra) e por J. Brønsted (Dinamarca). Mas foi Brønsted um dos que mais contribuiu para o seu desenvolvimento.

Essa teoria é chamada de teoria protônica porque se baseia na transferência de prótons, iguais ao íon H⁺, o núcleo do hidrogênio, mas que ao ser chamado de próton, ajuda a diferenciar da teoria de Arrhenius. Além disso, nessa teoria não há necessidade da presença de água.

Segundo esses cientistas:

Ácido é toda espécie química, íon ou molécula capaz de doar um próton, enquanto a base é capaz de receber um próton.

Exemplos de ácidos e bases segundo a teoria de Brønsted e Lowry:

NH₃ + HCℓ → NH₄⁺ + Cℓ^-
base      ácido         ácido      base
forte      forte          fraco      fraca

Observe que a amônia (NH₃) é base porque ela recebe um próton (H⁺) do ácido clorídrico (HCℓ).

Nessa teoria, a reação de neutralização seria uma transferência de prótons entre um ácido e uma base, como a reação explica acima.

Apesar de ser uma teoria que também permitiu o estudo e desenvolvimento de várias áreas e de ser uma definição bastante utilizada e atual, ela também tinha uma limitação: não permitia prever o caráter ácido ou o caráter básico de espécies químicas sem a presença de hidrogênio.

3. Teoria ácido-base de Lewis ou teoria eletrônica (1923):

G. Lewis (EUA) propôs essa teoria juntamente à teoria protônica. Ela foi proposta a fim de eliminar todas as limitações mencionadas, podendo se aplicar a qualquer espécie química, sem exceção.

Ela é também denominada de teoria eletrônica porque envolve a transferência de pares de elétrons.

Segundo Lewis:

Ácido é toda espécie química, íon ou molécula que aceita receber um par de elétrons, enquanto a base é capaz de oferecer um par de elétrons.

O par eletrônico é representado por “:”. De maneira geral, a reação de neutralização pode ser dada por:

A + :B = A:B

O composto A:B recebe nomes diversos, tais como: aduto, sal, complexo, complexo ácido-base, complexo doador-aceitador etc.

Veja um exemplo desse tipo de reação:

            H         F                                         H    F                      
            │         │                                          │   │
     H ─ N:  +   B  ─ F                     →    H ─ N : B  ─ F
            │         │                                          │   │
            H         F                                        H     F      
         base       ácido
    de Lewis   de Lewis            

Observe que a amônia é base porque ela fornece o par de elétrons, e o trifluoreto de boro é o ácido de Lewis porque ele recebe o par de elétrons. O composto formado por meio do compartilhamento de elétrons é neutro, por isso, essa é uma reação de neutralização.