Determine a ordem de acidez dos seguintes compostos:
-
-
-
-
a)
b)
c)
d)
e)
a)
b)
c)
d)
e)
Passo 1
O enunciado pede para determinar a ordem de acidez dos quatro ácidos indicados e dá os compostos numerados assim:
As alternativas disponíveis são:
O que precisamos entregar é a ordem de acidez (do mais forte para o mais fraco) entre esses quatro ácidos, escolhendo a alternativa correta.
Passo 2
Conceito básico que vamos usar — o que significa “mais ácido”: um ácido é mais forte quando doa prótons
mais facilmente. Na prática, comparamos a estabilidade da base conjugada
após a perda do próton: quanto mais estável for
, mais forte é o ácido original.
Passo 3
Ferramentas conceituais simples e úteis (explicadas com calma):
- Efeito indutivo e retirada eletrônica por oxigênios: em ácidos oxigenados (oxoácidos) os átomos de oxigênio e o átomo central estabilizam a carga negativa espalhando-a; mais oxigênios ligados ao átomo central normalmente aumentam a acidez porque há mais átomos que podem estabilizar a carga por ressonância/indução.
- Estado de oxidação do átomo central: quanto maior a carga positiva efetiva no átomo central (maior estado de oxidação), maior a capacidade desse átomo de atrair densidade eletrônica dos oxigênios e, assim, estabilizar a carga negativa da base conjugada — isto aumenta a acidez.
- Eletropositividade/eletroafinidade do átomo central: átomos mais eletronegativos atraem mais densidade, ajudando a estabilizar a base conjugada; porém, para oxoácidos o estado de oxidação costuma ser o fator dominante quando comparamos átomos diferentes com números semelhantes de oxigênios.
- Ressonância: se a base conjugada tem estruturas ressonantes que delocalizam a carga, ela é mais estável e o ácido é mais forte.
Passo 4
Aplique essas ideias aos quatro compostos (descrevendo o que acontece quando cada um doa um próton):
- Para
: ao perder fica (ion nitrito). Há delocalização da carga entre os oxigênios e o nitrogênio, mas o nitrogênio está em estado de oxidação baixo ( ), e o número de oxigênios é apenas 2. Resultado: ácido moderado; experimentalmente (um ácido fraco a moderado). - Para
(ácido silícico, frequentemente escrito como nas fórmulas simplificadas das etapas de dissociação): as formas de ácido silícico são pobres doadores de prótons comparados aos outros oxoácidos aqui — a base conjugada não é tão bem estabilizada; é grande (fraco). Valor aproximado: . Conclusão: muito fraco entre os listados. - Para
(ácido permangânico): ao perder forma (permanganato), onde o Mn está em estado de oxidação e a carga negativa pode ser muito bem distribuída entre quatro oxigênios; isso tende a tornar o ácido bem forte. Permanganato é uma base conjugada bastante estável devido ao alto estado de oxidação do Mn e à boa delocalização da carga. - Para
: ao perder o primeiro próton forma , cuja carga é estabilizada por ressonância em torno do enxofre e dos oxigênios; o enxofre está em estado e há quatro oxigênios no grupo sulfato, o que dá grande estabilização. O primeiro próton de é fortíssimo (ácido forte, praticamente completamente dissociado em água).
Passo 5
Comparações par a par com base nas ferramentas:
- Entre
(2) e os demais: por ter poucas capacidades de delocalização e por Si não estabilizar tão bem a carga, é claramente o mais fraco. Então é o mais fraco do grupo. - Entre
(1) e os grandes oxoácidos com 4 oxigênios (3 e 4): os ácidos com 4 oxigênios (permanganato e sulfato) estabilizam a carga muito melhor que o nitrito; então é mais fraco que e . - Entre
(3) e (4): ambos têm quatro oxigênios, mas o estado de oxidação de Mn em é e de S em é . O alto estado de oxidação do Mn favorece fortemente a estabilização da base conjugada . Na prática isso faz com que seja extremamente ácido; além disso, é conhecido por ser uma base conjugada muito estável (permanganato é um ânion estável e fortemente deslocalizado). Portanto tende a ser tão forte ou até mais forte que o primeiro próton de . Em termos de tendência geral para oxoácidos de mesmo número de oxigênios, o ácido com o átomo central em maior estado de oxidação é mais ácido. Assim esperamos , ou seja, mais forte que .
(Observação:tem o primeiro próton extremamente forte; também é um ácido muito forte. Comparando pela regra de estado de oxidação e pela estabilização por delocalização, fica razoável colocar ligeiramente mais ácido que .)
Passo 6
Organizando o ranking pelo raciocínio acima:
- Mais forte:
(3) — alto estado de oxidação do Mn e quatro oxigênios, base conjugada muito estabilizada. - Em seguida:
(4) — ácido muito forte, S em e boa delocalização/resonância em . - Depois:
(1) — ácido fraco a moderado ( ). - Mais fraco:
(2) — muito fraco comparado aos outros ( perto de ).
Portanto a ordem do mais forte para o mais fraco é:
Passo 7
Conferência com as alternativas dadas: a sequência encontrada
corresponde à alternativa (b).
Resposta
(b)