A importância das teorias ácido-base 

Em 2023, comemoramos 100 anos das principais teorias ácido-base: a teoria de Brønsted-Lowry, proposta por Johannes Nicolaus Brønsted e Thomas Martin Lowry; e a teoria de Lewis, proposta por Gilbert Newton Lewis.

Embora a teoria de Arrhenius, proposta por Svante Arrhenius em 1887, tenha sido a primeira teoria ácido-base amplamente aceita, que ainda é comumente ensinada em cursos básicos de química, as teorias de Brønsted-Lowry e Lewis foram fundamentais para a compreensão das reações químicas envolvendo ácidos e bases.

A teoria de Brønsted-Lowry se baseia na capacidade de um ácido de doar prótons (H+) e a capacidade de uma base de aceitar prótons. Segundo essa teoria, um ácido é uma espécie química que doa prótons e uma base é uma espécie química que aceita prótons. Essa teoria ampliou a compreensão dos processos químicos envolvendo ácidos e bases, pois, além de explicar a natureza química destes compostos, ela também permite entender como essas reações afetam a estrutura molecular das espécies químicas envolvidas. [1]

A teoria de Lewis, por outro lado, se baseia na transferência de elétrons entre átomos ou moléculas. Segundo essa teoria, um ácido é uma espécie química que possui um par de elétrons desemparelhado e pode compartilhar esses elétrons com uma base. Por sua vez, uma base é uma espécie química que possui um par de elétrons adicionais e pode compartilhá-los com um ácido. Essa teoria foi importante porque permitiu aos químicos entenderem a natureza química dos ácidos e bases, e não apenas sua capacidade de conduzir eletricidade. Além disso, a teoria de Lewis detalhou como os ácidos e as bases reagem entre si, e como essas reações afetam a estrutura molecular das espécies químicas envolvidas. [2]

É importante ressaltar que, embora a teoria de Arrhenius tenha sido superada pelas teorias de Brønsted-Lowry e Lewis, ela ainda tem suas aplicações práticas, principalmente na medição de pH e na compreensão da acidez e basicidade de uma solução.

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Titulação ácido-base – Durante a titulação ocorre a reação química de neutralização, ou seja, entre um ácido e uma base, produzindo sal e água. Neste técnica, utiliza-se comumente o indicador de pH fenolftaleína, que altera de incolor para rosa, quando a solução alcança o caráter básico, permitindo assim determinar a concentração de analitos constituídos de ácidos ou bases.

Atualmente, as teorias de Brønsted-Lowry e Lewis são utilizadas de forma complementar para entender reações químicas envolvendo ácidos e bases: a teoria de Brønsted-Lowry permite entender a dinâmica dos prótons envolvidos nas reações e a teoria de Lewis é importante para entender a transferência de elétrons e sua relação com a estrutura molecular das espécies envolvidas.

Essas teorias têm aplicações práticas em diversas áreas, incluindo medicina, indústria química e farmacêutica, alimentos e bebidas, e meio ambiente, e elas são utilizadas em diversos projetos de pesquisa e experimentos, contribuindo para o avanço da ciência e para o benefício da sociedade.

Por exemplo, a teoria de Brønsted-Lowry foi utilizada em projetos de pesquisa para o desenvolvimento de novos medicamentos. Essa teoria é utilizada para entender como os ácidos e as bases reagem em reações orgânicas e como essas reações podem ser controladas para produzir medicamentos mais eficazes. Isso tem impacto positivo na saúde humana, pois permite o tratamento de doenças mais precisamente e com menos efeitos colaterais. [2,3]

Já a teoria de Lewis tem sido utilizada em projetos de pesquisa para o desenvolvimento de novos materiais, como os supercondutores. Essa teoria ajuda a entender como os ácidos e as bases reagem com metais e outros átomos ou moléculas, e como essas reações afetam a estrutura molecular das espécies envolvidas. Isso permite o desenvolvimento de novos materiais com propriedades únicas e melhores desempenhos, como os supercondutores, que têm aplicações em tecnologias de transporte, armazenamento de energia e medicina. [1,4]

Além disso, essas teorias são amplamente utilizadas na indústria química e farmacêutica, permitindo o desenvolvimento de novos produtos e processos mais eficientes e sustentáveis. Por exemplo, a compreensão das reações ácido-base permite o controle preciso de pH em processos de produção de alimentos e bebidas, garantindo a segurança alimentar e a qualidade dos produtos [5]. Outros exemplos:

• Produção de fertilizantes: A compreensão das reações ácido-base é essencial para o controle preciso do pH no processo de produção de fertilizantes, garantindo a eficiência da reação e a qualidade do produto final. [6]

• Purificação de água: As reações ácido-base são utilizadas na purificação de água, como na neutralização de águas residuais industrial e tratamento de efluentes. [7]

• Produção de polímeros: As reações ácido-base são utilizadas na produção de polímeros, como na fabricação de plásticos e adesivos, permitindo o controle preciso do pH durante o processo de produção. [8]

• Produção de sabões e detergentes: As reações ácido-base são utilizadas na fabricação de sabões e detergentes, permitindo o controle preciso do pH durante o processo de produção e garantindo a eficácia dos produtos. [9]

• Síntese de compostos inorgânicos: As reações ácido-base são utilizadas na síntese de compostos inorgânicos, como na produção de metais, sais e outros produtos químicos. A compreensão das reações ácido-base é essencial para o controle preciso do pH durante o processo de produção, garantindo a qualidade e a pureza dos produtos finais. [10]

• Tratamento de resíduos: As reações ácido-base são utilizadas no tratamento de resíduos, como na neutralização de ácidos e bases perigosos e no tratamento de águas residuais. A compreensão das reações ácido-base é essencial para garantir a segurança ambiental e a proteção da saúde humana. [11]

• Produção de baterias: As reações ácido-base são utilizadas na fabricação de baterias, permitindo o controle preciso do pH durante o processo de produção e garantindo a eficiência e a durabilidade das baterias. [12]

Em resumo, as teorias ácido-base de Brønsted-Lowry e Lewis são fundamentais para a compreensão das reações químicas envolvendo ácidos e bases e têm múltiplas aplicações práticas que beneficiam a sociedade. Seus usos incluem desenvolvimento de medicamentos, materiais avançados, tecnologias de transporte, armazenamento de energia, produção de alimentos e bebidas, e processos industriais mais eficientes e sustentáveis. A comemoração de 100 anos dessas teorias é uma oportunidade para refletir sobre o impacto que elas têm tido e continuarão a ter na ciência e na sociedade.

Referências:

[1] - Clayden, J., Greeves, N., Warren, S., Wothers, P. Organic Chemistry. 2nd ed. Oxford: Oxford University Press, 2012.
[2] - Smith, J. M. Química Orgânica. 2ª ed. Rio de Janeiro: LTC, 2016.
[3] - Chang, R. Química. 10ª ed. Rio de Janeiro: LTC, 2016.
[4] - Superconductivity Research at Oak Ridge National Laboratory, disponível em https://www.olcf.ornl.gov/leadership-science/chemistry/
[5] - Food and Agriculture Organization of the United Nations, disponível em https://www.fao.org/3/V5030E/V5030E0d.htm.
[6] - The Fertilizer Institute. (s.d.), disponível em https://www.tfi.org/our-industry/intro-to-fertilizer/environmental-responsibility. 
[7] - The Water Research Foundation, disponível em https://www.waterrf.org/research#reuse.
[8] - Lobo, M. de S. Engenharia de Plásticos: Tecnologia e Processos. Rio de Janeiro: LTC (2014).
[9] - Silva, A. Reações químicas na fabricação de sabão. Química Aplicada, 4(2), 86-88. (2020).
[10] - Amaral, LS, Queiroz, LA, Lopes, JP, & Oliveira, JC. Síntese e Caracterização de Compostos Inorgânicos (2019).
[11] - George Tchobanoglous, Franklin L. Burton, e H. David Stensel. Sistemas de Tratamento de Água Residual: Princípios, Tecnologia e Design (2018).
[12] - Lópes de La Cale, Victor. Reações Químicas em Sistemas Básicos: Uso em Baterias de Íons de Lítio. 1. ed. Rio de Janeiro: SciELO Livros, 2019.

Artigo  produzido por Aislan Balza, coordenador das Comissões Técnicas do CRQ-IV/SP, e revisado por Sandra Helena da Cruz, integrante da Comissão Técnica de Divulgação.

Publicado em 14/02/2023