Considerando o ácido sulfúrico como solvente, explique porque o ácido acético é uma base e o ácido perclórico é um ácido.
Passo 1
Enunciado: Considerando o ácido sulfúrico como solvente, explicar por que o ácido acético é uma base e o ácido perclórico é um ácido.
Informações dadas (dados do enunciado):
- O solvente é
(ácido sulfúrico). - As espécies a analisar são
(ácido acético) e (ácido perclórico).
Passo 2
Conceito-chave que vamos usar (explicação didática): definição de ácido e base dependente do solvente.
-
Em química de solventes não aquosos usamos a definição de Brønsted relativa ao solvente: uma substância é um ácido no dado solvente se ela doa um próton para o solvente; é uma base se ela aceita um próton do solvente. Vou ilustrar isso com a reação de autoprotólise do solvente porque é ela que fornece as espécies prótonantes e aceitadoras no meio.
-
Autoprotólise do ácido sulfúrico (reação que cria o doador e o aceitador de prótons no próprio solvente):
Aqui
é a espécie que funciona como "fonte de
" no solvente e
é a base conjugada do solvente.
Passo 3
Critério prático para classificar as substâncias no solvente:
- Se uma substância
reage cedendo próton para (ou protonando formando ), então é um ácido no solvente. - Se
reage aceitando próton proveniente de (ou de ), então é uma base no solvente.
Em outras palavras, comparamos a força ácida relativa de
com a de
: se
é mais ácido que
, ele doa próton ao solvente (é ácido); se é menos ácido, tende a aceitar próton do solvente (é base).
Passo 4
Aplicando o critério ao ácido acético
.
- Informação útil: em água o
do ácido acético é aproximadamente
enquanto que o
da primeira dissociação do ácido sulfúrico é aproximadamente
Esses números mostram que
é muito mais ácido que
.
- Consequência prática: no meio de
o solvente é um doador de prótons muito mais forte do que o próprio . Logo tende a aceitar um próton do solvente em vez de doá-lo. A reação dominante é a protonação do oxigénio carbonílico do ácido acético:
- Explicação do porquê isso acontece (física-química simples):
tem um par de elétrons no oxigénio carbonílico que pode coordenar um próton e formar a espécie protonada . Como é um ácido muito mais forte, a transferência de próton do solvente para é termodinamicamente favorável. Assim, no meio , se comporta como base (aceitadora de próton).
Passo 5
Aplicando o critério ao ácido perclórico
.
- Informação química importante:
é um ácido extremamente forte; seu conjugado base é muito estável por delocalização de carga (ressonância sobre quatro oxigênios) e forte efeito indutivo do cloro altamente oxigenado. Em água o efetivo de é muito negativo (muito mais ácido que ) — a ordem de grandeza é algo como
- Consequência prática: por ser mais ácido que o solvente,
doa próton ao (ou protona o solvente), gerando o cátion protonado do solvente e o ânion :
- Explicação do porquê isso acontece: a capacidade de uma espécie ceder próton depende da estabilidade de sua base conjugada. Em
a base conjugada é muito estabilizada (ressonância e efeito eletronegativo dos oxigênios), então ceder o próton é favorecido. Por isso atua como ácido mesmo quando dissolvido em .
Passo 6
Resumo didático e dica prática para a prova (forma simples de lembrar):
- Regra curta: no solvente ácido sulfúrico compare qual molécula é mais ácida. A que for menos ácida que
aceita próton e se comporta como base; a que for mais ácida doa próton e se comporta como ácido. - Aplicando:
é muito menos ácido que → é protonada → age como base. é mais ácido que → doa próton ao solvente → age como ácido.