Os ácidos e bases de Lewis

A teoria de Brønsted-Lowry tem o foco na transferência de prótons de uma espécie para outra. Entretanto, os conceitos de ácido e base são mais amplos do que a simples transferência de prótons. Muitas outras substâncias podem ser classificadas como ácidos ou bases pela definição desenvolvida por G. N. Lewis:

• Um ácido de Lewis é um aceitador de par de elétrons.
• Uma base de Lewis é um doador de par de elétrons.

Quando uma base de Lewis doa um par de elétrons a um ácido de Lewis, as duas espécies partilham um par de elétrons a partir de uma ligação covalente coordenada. Um próton ($\ce{H^+}$) é um aceitador de par de elétrons. Portanto, ele é um ácido de Lewis, porque ele pode unir-se a (aceitar) um par de elétrons isolados de uma base de Lewis. Em outras palavras, um ácido de Brønsted é o fornecedor de um ácido de Lewis particular, o próton.

A teoria de Lewis é mais geral do que a teoria de Brønsted-Lowry. Por exemplo, átomos e íons de metais podem agir como ácidos de Lewis, como na formação de $\ce{Ni(CO)4}$ a partir de átomos de níquel (o ácido de Lewis) e monóxido de carbono (a base de Lewis), mas eles não são ácidos de Brønsted. Contudo, toda base de Brønsted é um tipo especial de base de Lewis, uma substância que pode utilizar um par de elétrons isolado para formar uma ligação covalente com um próton. Por exemplo, o íon óxido é uma base de Lewis. Ele forma uma ligação covalente coordenada com o próton, um ácido de Lewis, fornecendo o par de elétrons da ligação:

As setas curvas mostram a direção do fluxo imaginário de elétrons. De modo semelhante, quando a amônia, $\ce{NH3}$, uma base de Lewis, dissolve em água, algumas das moléculas aceitam prótons das moléculas de água:

Um ponto importante é que as entidades consideradas ácidos e bases são diferentes dependendo da teoria. Na teoria de Lewis, o próton é um ácido; na teoria de Brønsted, a espécie que fornece o próton é o ácido. Em ambas as teorias, a espécie que aceita um próton é uma base; na teoria de Arrhenius, o composto que fornece o aceitador de prótons é a base.

Muitos óxidos de não metais são ácidos de Lewis que reagem com água para dar ácidos de Brønsted. Um exemplo é a reação de $\ce{CO2}$ com água:

Nesta reação, o átomo de $\ce{C}$ de $\ce{CO2}$, o ácido de Lewis, aceita um par de elétrons do átomo de $\ce{O}$ de uma molécula de água, a base de Lewis, e um próton migra de um átomo de oxigênio de $\ce{H2O}$ para um átomo de oxigênio de $\ce{CO2}$. O produto, a molécula de $\ce{H2CO3}$, é um ácido de Brønsted.

As bebidas carbonatadas são feitas usando-se pressões parciais elevadas de $\ce{CO2}$ para produzir altas concentrações de dióxido de carbono em água. Quando a pressão parcial de $\ce{CO2}$ é reduzida pela remoção da tampa ou do selo da garrafa, a reação inversa ocorre: $$\ce{ H2CO3(aq) -> CO2(g) + H2O(l) }$$ Quando uma solução contendo $\ce{H2CO3}$ é aberta, o equilíbrio desloca-se de $\ce{H2CO3}$ para $\ce{CO2}$ e o líquido entra em efervescência. O mesmo ocorre para soluções de ácido sulfuroso, $\ce{H2SO3}$: $$\ce{ H2SO3(aq) -> SO2(g) + H2O(l) }$$

Como a transferência de prótons tem um papel muito especial na química, as definições dadas por Brønsted são essenciais no estudo da maior parte dos tópicos deste foco. Contudo, as definições de Lewis desempenham um papel importante na química de íons dos metais do grupo $d$.