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Cuando piensas en ácidos, ¿en qué piensas? Quizá pienses en alimentos ácidos como la piña o el vinagre, o quizá pienses en la definición más técnica, en la que una especie dona un protón. Pues bien, esa definición de ácido procede de la teoría de BrØnsted-Lowry. Hoy vamos a hablar de una teoría diferente: la teoría de ácidos y bases de Lewis.
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Regístrate gratis¿Qué ocurre en una reacción ácido-base de Lewis?
Verdadero o falso: En general, los ácidos de Lewis tienen carga positiva
En un complejo de coordinación, el __ es un ácido de Lewis
¿Qué orbitales interactúan en una reacción ácido-base de Lewis?
¿Qué especie es más electrófila?$$Na^+ o NaCl$$
¿Qué especie es más electrófila?$$Li^+ o Fr^+$$
¿Cuál de las siguientes NO es una forma de determinar la fuerza de una base de Lewis?
¿Qué especie es más nucleófila?$$Cl^- o HCl$$
¿Qué especie es más nucleófila?$$Cl^- o I^-$$
¿Qué especie de la siguiente reacción es un ácido de Lewis?$$OH^- + H^+ flecha recta H_2O$$
¿Qué especie de la siguiente reacción es un ácido de Lewis?$$NH_3 + H^+ flecha recta NH_4^+$$
¿Qué ocurre en una reacción ácido-base de Lewis?
Verdadero o falso: En general, los ácidos de Lewis tienen carga positiva
En un complejo de coordinación, el __ es un ácido de Lewis
¿Qué orbitales interactúan en una reacción ácido-base de Lewis?
¿Qué especie es más electrófila?$$Na^+ o NaCl$$
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¿Qué especie es más nucleófila?$$Cl^- o HCl$$
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Enviar comentariosEn este artículo aprenderemos sobre los ácidos y las bases de Lewis: qué son, algunos ejemplos y cómo determinar su fuerza.
Un ácido de Lewis escualquier especie que acepta un par de electrones. Estas especies también se denominan electrófilas, ya que son "amantes" o "atrayentes" de electrones
Una base de Lewis es cualquier especie que dona un par de electrones. Estas especies también se llaman nucleófilas, ya que son "amantes del núcleo", es decir, quieren estar más cerca de su núcleo deshaciéndose de electrones
Fig. 1:La base de Lewis "ataca" al ácido, formando un enlace Hablemos ahora de esta reacción a nivel orbital. El par solitario de electrones de la base (electrones no enlazados) se encuentra en su orbital molecular de mayor ocupación (llamado HOMO). La base toma estos electrones e interactúa con el orbital molecular desocupado más bajo del ácido (llamado LUMO). Cuando interaccionan, forman un enlace a un nivel de energía más bajo, como se muestra a continuación:
Fig.2: El HOMO de la base interactúa con el LUMO del ácido para formar un enlace
Ahora que sabemos cómo es la reacción general, veamos algunos ejemplos:
Fig.3: Ejemplos de reacciones ácido-base de Lewis
En el ejemplo superior, el ion fluoruro (F-) es nuestra base, que ataca al compuesto ácido trifluoruro de boro (BF3). Tras la reacción, se forma un nuevo enlace B-F (en rojo) que da lugar al nuevo compuesto tetrafluorurode boro (BF4-).
En el ejemplo inferior, el amoníaco (NH3) es nuestra base y reacciona con el protón ácido/ión hidrógeno (H+). Esto forma un nuevo enlace N-H y el nuevo compuesto amonio (NH4+)
En general, si una especie tiene carga negativa, será una base. En cambio, si una especie tiene carga positiva, será un ácido.
Piensa en lo que nos dice esta carga. Por ejemplo, las especies con carga positiva carecen de electrones, lo que significa que probablemente sean ácidos, ya que quieren más electrones.
La teoría de Lewis de los ácidos y las bases es importante, ya que es capaz de explicar la formación de compuestos de coordinación, mientras que otras teorías no pueden hacerlo.
Los complejos de coordinación son especies en las que un ion metálico es el átomo central y otras especies (llamadas ligandos) están unidas a él.
Los complejos de coordinación se forman a partir de reacciones ácido-base repetidas, como se muestra a continuación:
Fig.4: Formación del compuesto de coordinación tetracianuro de cinc
Aquí, el ion cianuro (CN-) ataca al ion zinc cargado positivamente (Zn2+), que forma un enlace entre ellos. Esta reacción se produce 4 veces, con un total de 4 enlaces Zn-CN. Esto se considera un ion complejo , ya que es un compuesto de coordinación cargado.
En general, la base de Lewis será tu(s) ligando(s), mientras que tu ácido de Lewis es el átomo/ion metálico.
Los ácidos de Lewis son electrófilos, por lo que su fuerza se basa en la electrofilicidad.
La electrofilicidad se basa (principalmente) en dos cosas:
Veamos estos dos conceptos por separado:
Los electrófilos tienden a tener cargas positivas. Una carga positiva indica una falta de electrones/densidad de electrones, por lo que desea fuertemente algunos electrones. Por ello, las especies con carga positiva van a ser más electrófilas que sus homólogas neutras.
En términos generales
$$A^+ > AX$$
Donde A es una especie cargada positivamente y X es una especie cargada negativamente
Por ejemplo
$$Mg^{2+}>MgCl_2$$
Laelectronegatividad mide la tendencia de una especie a atraer/ganar electrones.
Fig.5: Tabla de electronegatividades
Los elementos más cercanos a la parte superior derecha (flúor:F) de la tabla periódica son más electronegativos, por lo tanto, estos elementos son electrófilos más fuertes
Por ejemplo, he aquí la tendencia de la electofilia para el grupo 2:
Be^{2+}>Mg^{2+}>Ca^{2+}>Sr^{2+}$$, menos electrófilos
Las bases de Lewis son nucleófilas, por lo que su fuerza se basa en la nucleofilia.
La nucleofilia se basa en cuatro cosas
Desglosemos esto pieza por pieza
Los nucleófilos suelen tener cargas negativas. Esto se debe a que las cargas negativas indican densidad electrónica (es decir, un exceso de electrones). Las cargas negativas nos dicen: "¡Tengo electrones de más y necesito deshacerme de ellos!".
Así que, en general
$$A^->AH$$
Donde A- es la especie negativa (base conjugada) del ácido AH.
Por ejemplo, HS- es más nucleófilo que H2S.
Puesto que la electronegatividad es la tendencia a atraer electrones, los nucleófilos son más fuertes cuando son menos nucleófilos. Básicamente, a las especies altamente electronegativas "les gusta" tener una carga más negativa/alta densidad electrónica, por lo que no quieren "ceder" tanto sus electrones.
Por ejemplo, ésta es la tendencia de nuestros haluros (grupo 17):
I^->Br^->Cl^->F^-,\text{más nucleofílico},\text{menos nucleofílico}$$
Localización de la resonancia/carga
Las especies son más nucleófilas cuando la carga está localizada, en lugar de deslocalizada, como se muestra a continuación:
Fig.6: Las cargas localizadas son más nucleófilas
"R" es un sustituto de cualquier grupo que contenga un componente carbono-hidrógeno.
Cuando una carga está deslocalizada, como se muestra a la derecha, la carga se debilita al dispersarse. Como la carga es "más débil", es menos reactiva y, por tanto, menos nucleófila.
Los "estéricos" están relacionados con la disposición espacial de los átomos, por lo que "impedimento estérico" significa que "la forma en que están dispuestos los átomos significa que estorban"
Por ejemplo
Fig.7: Más grupos R significan más "voluminosidad "
Básicamente, cuando un nucleófilo es "voluminoso" hace que la reacción sea más lenta, ya que su voluminosidad "estorba". Por eso, voluminoso=menos nucleófilo
Ahora que hemos aprendido mucho sobre los ácidos y las bases de Lewis, vamos a trabajar en algunos problemas prácticos:
Utilizando lo que sabes sobre las reacciones ácido-base de Lewis, muestra el producto de esta reacción y etiqueta el ácido y la base de Lewis
$$Cl^- + Ag^+ \rightarrow\,?$$
Cl- es nuestra base de Lewis, ya que tiene carga negativa, mientras que Ag+ es nuestro ácido de Lewis, ya que tiene carga positiva. En una reacción ácido-base de Lewis, la base "ataca" al ácido, por lo que forman un enlace, lo que significa que el producto de la reacción es AgCl.
Intentemos ahora una más complicada:
Utilizando lo que sabes sobre las reacciones ácido-base de Lewis, muestra el producto de esta reacción y etiqueta el ácido de Lewis y la base de Lewis
Fig.8: Ejemplo de problema
A primera vista, puede resultar difícil determinar qué es la molécula de carbono. Como pista, he dibujado la carga parcial sobre el átomo de carbono. Esta molécula es un nucleófilo (ácido de Lewis), debido a la carga parcial positiva del carbono.
La molécula de agua tiene dos pares solitarios, por lo que tiene electrones que puede donar. Esto significa que es la base de Lewis.
Ahora el producto. El carbono sólo puede tener cuatro enlaces, así que ¿cómo puede la base unirse a él? Pues bien, los electrones de uno de los enlaces carbono-oxígeno se devuelven al oxígeno, dándole una carga negativa. Ahora que el carbono vuelve a tener tres enlaces, puede unirse a la base y ser completamente neutro, como se muestra a continuación:
Fig.9: Ejemplo resuelto
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Lily Hulatt is a Digital Content Specialist with over three years of experience in content strategy and curriculum design. She gained her PhD in English Literature from Durham University in 2022, taught in Durham University’s English Studies Department, and has contributed to a number of publications. Lily specialises in English Literature, English Language, History, and Philosophy.
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Gabriel Freitas is an AI Engineer with a solid experience in software development, machine learning algorithms, and generative AI, including large language models’ (LLMs) applications. Graduated in Electrical Engineering at the University of São Paulo, he is currently pursuing an MSc in Computer Engineering at the University of Campinas, specializing in machine learning topics. Gabriel has a strong background in software engineering and has worked on projects involving computer vision, embedded AI, and LLM applications.
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