¿Existe tal cosa como un ácido sin un hidrógeno?

Question

Estoy en Química Avanzada y estamos aprendiendo sobre el modelo de Brønsted-Lowry y mi profesor mencionó que "en su mayoría" los ácidos tienen hidrógeno, ¿podría existir un ácido que no contenga hidrógeno?

Answer 1

Depende de qué definición de ácidos y bases estés utilizando.

Según la teoría de Arrhenius, los ácidos se definen como un compuesto o elemento que libera iones de hidrógeno (H+) en la solución. Por lo tanto, no hay ácidos de Arrhenius sin un átomo de hidrógeno.

Según la teoría ácido-base de Brønsted-Lowry, un ácido es cualquier sustancia que puede donar un protón y una base como cualquier sustancia que puede aceptar un protón. Por lo tanto, no hay ácidos sin un átomo de hidrógeno según esta teoría.

Pero según la teoría de Lewis de ácidos y bases, un ácido es cualquier sustancia que puede aceptar un par de electrones no enlazados. En otras palabras, un ácido de Lewis acepta un par solitario de electrones. Según esta teoría, los ácidos sin un átomo de hidrógeno pueden existir. (Se forma un enlace de coordinación entre el ácido de Lewis y la base. El compuesto formado por el ácido de Lewis y la base se llama aducto de Lewis.)

Un gran ejemplo de esto sería $\ce{BF3}$. No es un ácido de Arrhenius ni un ácido de Brønsted-Lowry, pero es un ácido de Lewis. El átomo de boro acepta un par de electrones no enlazados de otro átomo o ion para completar su octeto. Aquí $\ce{BF3}$ es un ácido de Lewis ya que acepta un par de electrones no enlazados.

El ion de flúor aquí es una base de Lewis ya que dona un par de electrones.

Si deseas ser más riguroso acerca de la definición de ácidos de Lewis: "un ácido de Lewis es un tipo de sustancia química que reacciona con una base de Lewis para formar un aducto de Lewis".

Más sobre ácidos y bases de Lewis aquí.

Answer 2

Hay bastantes teorías sobre la acidez y basicidad, pero en este caso, explicaremos la ácido de Lewis.

La teoría de Lewis de ácidos y bases

Esta teoría se extiende mucho más allá de las cosas que normalmente piensas como ácidos y bases.

La teoría

• Un ácido es un aceptor de pares de electrones.

• Una base es un donante de pares de electrones

La teoría ácido-base de Lewis explica por qué $\ce{BF3}$ reacciona con amoníaco. $\ce{BF3}$ es una molécula planar trigonal porque los electrones solo se encuentran en tres lugares en la capa de valencia del átomo de boro.

Como resultado, el átomo de boro está hibridado sp2, lo que deja un orbital 2pz vacío en el átomo de boro. Por lo tanto, $\ce{BF3}$ puede actuar como un aceptor de pares de electrones o ácido de Lewis. Puede usar el orbital 2pz vacío para recoger un par de electrones no enlazantes de una base de Lewis para formar un enlace covalente.

Por lo tanto, $\ce{BF3}$ reacciona con bases de Lewis como $\ce{NH3}$ para formar complejos ácidos-base en los que todos los átomos tienen una capa completa de electrones de valencia, como se muestra en la figura a continuación:

Consideremos otro escenario:

El agua es un ejemplo de una base de Lewis. Los carbocationes son ejemplos de ácidos de Lewis. Cuando el agua reacciona con un carbocatión, como se muestra arriba, uno de los pares de electrones del oxígeno se utiliza para formar un nuevo enlace sigma con el carbono central en el carbocatión.

Referencias

1. La teoría de Lewis de ácidos y bases

2. Las Definiciones de Lewis de Ácidos y Bases

3. Química de ácidos de Lewis

Answer 3

Como han señalado otros, existe el concepto de ácidos de Lewis, y otras respuestas a esta pregunta explican bien ese concepto. Para reiterar: Un ácido de Lewis es una sustancia química que aceptará una donación de un par de electrones de otra sustancia (que se llama una base de Lewis en este contexto). También es cierto que Brønsted-Lowry definió los ácidos como donadores de $\ce{H+}$ y las bases como aceptores de $\ce{H+}$. Por lo tanto, un ácido de BL sin hidrógeno no existe estrictamente.

Señalo dos excepciones importantes que de alguna manera desafían la definición estricta. El ácido bórico $\ce{B(OH)3}$ no libera uno de sus protones originales, pero acepta un par de electrones de $\ce{OH-}$. Esto aumenta la concentración de $\ce{H+}$ a través de la protólisis del agua. $\ce{FeCl3}$ reacciona de manera similar. Por supuesto, estas reacciones requieren agua, por lo tanto, en el sentido estricto, un complejo de agua y las sustancias mencionadas constituyen el ácido de BL, no las sustancias mismas.

Answer 4

Solo quiero aclarar las otras respuestas. La definición de un "Ácido de Lewis" es una especie química que reacciona con el par solitario de electrones de una "Base de Lewis" (y una Base de Lewis es una especie que tiene un par solitario de electrones reactivo). Esto es una generalización y abstracción de la teoría más común de Brønsted-Lowry.

Considera que la Ciencia está llena de 'niveles' de abstracción. Tenemos enteros positivos (los números naturales), pero luego agregamos el cero, luego enteros negativos, luego racionales, finalmente podríamos pensar que hemos terminado cuando llegamos a los números reales, pero luego vienen los números complejos, cuaterniones, octoniones, vectores, campos y así sucesivamente.

Mientras que históricamente es un hecho, por lo que necesitas estar familiarizado con el concepto de Ácido de Lewis/Base de Lewis/Aducto de Lewis, también debes ser consciente de que toda la química tiene que ver con la donación (parcial o total) y la aceptación de carga electrónica, así que mientras la química de pares solitarios es un área lo suficientemente grande como para justificar su propio terminología, es simplemente la misma vieja historia de "la química trata sobre las interacciones electrostáticas de los átomos".

Answer 5

Hay muchas respuestas aquí centradas en las definiciones de ácidos de Brønsted-Lowry y ácidos de Lewis, lo cual es genial. Pero hay un punto importante que vi mencionado solo de pasada (en la respuesta de TAR86), y creo que se acerca más a responder tu pregunta que recitar las definiciones algo arbitrarias de ácido-base de nuestros antepasados (útiles como son).

¿Podría existir tal cosa como un ácido de Brønsted-Lowry que no tenga hidrógeno en él?

¡Sí! Al menos en un sentido pragmático. Como se elabora aquí, cationes metálicos altamente cargados como $\ce{Al^{3+}}$ y $\ce{Fe^{3+}}$ pueden liberar protones en medios acuosos. Cuando dichos cationes se colocan en agua, las moléculas de agua se coordinan/asocian con el ion metálico:

$$\ce{Al^{3+} + 6H2O -> [Al(H2O)6]^{3+}}$$

Aquí hay un dibujo estructural del complejo hidratado de aluminio hexavalente:

Este complejo libera fácilmente tres protones:

$$\ce{[Al(H2O)6]^{3+} -> Al(H2O)3(OH)3 + 3H+}$$

Entonces, no solo $\ce{Al^{3+}}$ es un ácido de Lewis, sino que prácticamente hablando también es un ácido de Brønsted-Lowry (¡y triprotónico, no obstante!) Tales cationes metálicos altamente cargados son lo más cercano que vas a llegar a un ácido de Brønsted-Lowry sin hidrógeno. Aunque no son ácidos en un sentido literal (de un solo paso), si estamos considerando soluciones acuosas, entonces funcionalmente hablando son de hecho ácidos de Brønsted-Lowry porque afectan la liberación de protones y por lo tanto reducen el pH de la solución.

No estoy seguro si tu profesor tenía esto en mente, o simplemente estaba tratando de cubrir sus arsenicales en caso de que hubiera excepciones que hubiera olvidado, pero ahí está tu respuesta.