Quais os critérios para comparar a acidez do etano com etino? E do fenol com etanol?

Passo 1

O enunciado faz duas perguntas claras:
  1. Quais os critérios para comparar a acidez do etano com o etino?
  2. Quais os critérios para comparar a acidez do fenol com o etanol?
Informações relevantes dadas implicitamente pelo enunciado:
  • Os compostos são: etano, etino, fenol e etanol.
  • A comparação deve dizer quais fatores (critérios) determinam qual é mais ácido e por quê.
  • Não foi dada nenhuma outra condição (solvente, temperatura), então consideramos as comparações em termos gerais (química orgânica típica em solução prótica como água) e em termos de estabilidade da base conjugada.

Passo 2

Conceitos fundamentais (o que significa “acidez” aqui) — explicação passo a passo e em linguagem simples.
  • Um ácido, na definição de Brønsted–Lowry, é uma espécie que doa um próton \text{H}^+.
  • Quando um ácido doa \text{H}^+ forma a sua base conjugada.
  • Regra prática: quanto mais estável for a base conjugada, mais fácil é doar o próton — logo, maior é a acidez do ácido original.
  • Um número útil para comparar acidez é o pK_a: quanto menor pK_a, mais forte é o ácido. (Anotação: uma diferença de 1 unidade em pK_a corresponde a cerca de 10 vezes na constante de equilíbrio da doação de próton.)

Passo 3

Como comparar na prática (procedimento que você pode usar na prova):
  1. Identifique qual átomo fornece o \text{H} ácido (por exemplo, em etano/etino são hidrogênios ligados a carbono; em fenol/etanol são hidrogênios ligados a oxigênio).
  2. Escreva a reação de desprotonação e a base conjugada correspondente.
  3. Compare a estabilidade das bases conjugadas usando critérios: ressonância (delocalização), hibridização (s‑character), eletronegatividade e efeitos indutivos, e solvatacão/solubilidade quando relevante.
  4. Conclua: ácido cuja base conjugada for mais estabilizada é o mais ácido.
Vou aplicar esses passos aos dois pares pedidos.

Passo 4

Etano vs etino — identificação das espécies e das reações de desprotonação:
  • Etano: escrevemos como \text{CH}_3\text{-CH}_3. Um hidrogênio ligado a carbono sp³ é removido:
\text{CH}_3\text{-CH}_3 \rightleftharpoons \text{CH}_3\text{-CH}_2^- + \text{H}^+
A base conjugada é o ânion etil \text{CH}_3\text{-CH}_2^- (carbanion sp³).
  • Etino (acetileno): escrevemos como \text{HC}\equiv\text{CH}. A desprotonação típica do hidrogênio terminal é:
\text{HC}\equiv\text{CH} \rightleftharpoons \text{HC}\equiv\text{C}^- + \text{H}^+
A base conjugada é o ânion acetilido \text{HC}\equiv\text{C}^- (carbanion com carbono sp).

Passo 5

Critério chave para etano vs etino: hibridização e “s‑character”.
  • Explique o que é hibridização e s‑character: num orbital híbrido, a fração do orbital que vem do orbital s do átomo (o “s‑character”) determina quanta carga negativa fica mais próxima do núcleo. Quanto maior o s‑character, mais o elétron fica mais próximo do núcleo (mais estabilizado).
  • Valores típicos de s‑character: \text{sp: }50\%,\qquad \text{sp}^2\!: 33\%,\qquad \text{sp}^3\!: 25\%.
  • Consequência: um carbanion em um carbono sp (como em \text{HC}\equiv\text{C}^-) tem maior s‑character do orbital que segura a carga negativa do que um carbanion em sp³. Logo, a carga negativa no carbono sp está, em média, mais perto do núcleo e é mais estabilizada = base conjugada mais estável.
  • Por isso a desprotonação de \text{HC}\equiv\text{CH} é muito mais favorável que a de \text{CH}_3\text{-CH}_3.

Passo 6

Valores práticos e conclusão para etano vs etino:
  • Valores típicos de pK_a (ordem de grandeza, úteis para a prova): pK_a(\text{etano})\approx 50,\qquad pK_a(\text{etino / acetileno})\approx 25.
  • Interpretação: \text{HC}\equiv\text{CH} (etino) é muito mais ácido que \text{CH}_3\text{-CH}_3 (etano). A razão principal: a base conjugada do etino (acetilido) é muito mais estabilizada por ter maior s‑character (característica da hibridização sp) do que o carbanion derivado do etano (sp³).
  • Dica de prova: quando comparar ácidos C–H, sempre verifique a hibridização do carbono ligado ao H; quanto maior o %s, maior a acidez.

Passo 7

Fenol vs etanol — identificação das espécies e das reações de desprotonação:
  • Etanol: \text{CH}_3\text{-CH}_2\text{-OH}. Desprotonação do grupo hidroxila:
\text{CH}_3\text{-CH}_2\text{-OH} \rightleftharpoons \text{CH}_3\text{-CH}_2\text{-O}^- + \text{H}^+
Base conjugada: alcóxido \text{CH}_3\text{-CH}_2\text{-O}^-.
  • Fenol: \text{Ph-OH} (onde \text{Ph} é o anel aromático). Desprotonação:
\text{Ph-OH} \rightleftharpoons \text{Ph-O}^- + \text{H}^+
Base conjugada: íon fenóxido \text{Ph-O}^-.

Passo 8

Critério chave para fenol vs etanol: ressonância (delocalização) da base conjugada.
  • Explique ressonância de forma simples: se a carga negativa pode ser espalhada (delocalizada) por várias posições através de estruturas-resonantes, a carga fica menos concentrada num só átomo e a espécie fica mais estável.
  • No caso do fenol, o par eletrônico extra do oxigênio em \text{Ph-O}^- pode ser delocalizado para o anel aromático. Isso gera várias estruturas-resonantes onde a carga negativa aparece em posições orto e para do anel, reduzindo a energia do íon fenóxido.
  • No etanol, o par eletrônico extra em \text{CH}_3\text{-CH}_2\text{-O}^- fica localizado no oxigênio; não há ressonância eficaz que espalhe a carga em uma estrutura estável. Portanto o alcóxido é menos estabilizado que o fenóxido.
  • Consequência: fenol é mais ácido que etanol porque sua base conjugada é estabilizada por ressonância.

Passo 9

Efeitos adicionais e números:
  • Indutivo: grupos que retiram densidade eletrônica (eletronegativos) próximos ao sítio ácido aumentam a acidez; grupos doadores diminuem. No par fenol/etanol, o anel não é um forte doador que compense a ressonância estabilizadora, então a ressonância vence.
  • Solvatação: em solventes próticos (água), íons que podem formar boas interações de solvatacão ficam mais estabilizados; para fenóxido e alcóxido a solvatacão pode ser importante, mas a ressonância do fenóxido geralmente é o fator dominante na comparação fenol vs etanol.
  • Valores típicos de pK_a: pK_a(\text{fenol})\approx 10,\qquad pK_a(\text{etanol})\approx 16.
  • Interpretação: fenol é cerca de 10^{6} vezes mais ácido que etanol (diferença de \approx 6 unidades de pK_a) — número grande, então a diferença é significativa.

Passo 10

Resumo prático e “receita de bolso” para a prova (como decidir rápido):
  • Para ácidos com H ligado a carbono: verifique hibridização do carbono (sp mais ácido que sp2 mais ácido que sp3).
  • Para ácidos com H ligado a heteroátomo (O, N, etc.): verifique se a base conjugada tem ressonância/delocalização; se sim, ácido mais forte.
  • Sempre que puder, cite ou lembre um valor aproximado de pK_a para orientação rápida: pK_a(\text{etino})\sim 25 \ll pK_a(\text{etano})\sim 50;
pK_a(\text{fenol})\sim 10 < pK_a(\text{etanol})\sim 16.

Resposta

Etino é mais ácido que etano — porque a base conjugada do etino (acetilido) é muito mais estabilizada pelo maior s‑character (hibridização sp) do carbono, enquanto a base do etano é um carbanion sp³ muito menos estável.
Fenol é mais ácido que etanol — porque a base conjugada do fenol (fenóxido) é estabilizada por ressonância (delocalização da carga no anel aromático), ao contrário do alcóxido do etanol que não tem ressonância eficaz.

Exercícios relacionados