Distribua os seguintes compostos em ordem decrescente de acidez: \mathrm{CH}_{3} \mathrm{CH}_{2} \mathrm{OH}, \mathrm{CH}_{3} \mathrm{CH}_{2} \mathrm{OH}_{2}, \mathrm{CH}_{3} \mathrm{OCH}_{3}
Passo 1
O enunciado pede: “Distribua os seguintes compostos em ordem decrescente de acidez”. Os compostos fornecidos são: \mathrm{CH_{3}CH_{2}OH}, \mathrm{CH_{3}CH_{2}OH_{2}} e \mathrm{CH_{3}OCH_{3}}.
Observação importante: vou interpretar \mathrm{CH_{3}CH_{2}OH_{2}} como o etóxido protonado (ou seja, etanol protonado, também escrito \mathrm{CH_{3}CH_{2}OH_{2}^{+}}). Não vou perguntar nada além disso; sigo com essa interpretação para resolver.
O que é pedido exatamente: ordenar as três espécies da mais ácida para a menos ácida (ordem decrescente de acidez).
Passo 2
Conceitos básicos que vamos usar (sem pressa, passo a passo):
Uma reação ácido-base pode ser escrita genericamente como
A força de um ácido é medida pelo seu \mathrm{p}K_a: quanto menor o \mathrm{p}K_a, mais forte é o ácido. Um ácido forte tem um conjugado-base fraco (difícil de aceitar prótons).
Portanto, para comparar ácidos, comparamos a estabilidade de suas bases conjugadas: quanto mais estável for a base conjugada, mais forte é o ácido original.
Vou usar também valores aproximados de \mathrm{p}K_a para dar uma noção quantitativa, mas o argumento principal será qualitativo (estabilidade das bases conjugadas).
Passo 3
Identificar as possíveis ligações que podem perder prótons e as bases conjugadas:
Para \mathrm{CH_{3}CH_{2}OH} (etanol) o hidrogênio ácido significativo é o do grupo hidroxila -\mathrm{OH}. A desprotonação forma a base conjugada:
A base conjugada é o etanol neutro \mathrm{CH_{3}CH_{2}OH}.
Para \mathrm{CH_{3}OCH_{3}} (éter dimetílico) não há hidrogênio ligado ao oxigênio, logo o hidrogênio que poderia ser removido teria de ser um hidrogênio carbono-alfa. A desprotonação em carbono daria uma carbaníon ao lado do oxigênio:
Essa base conjugada é um carbaníon, que é muito instável comparado a um alcóxido (\mathrm{O^-}).
Passo 4
Comparando a estabilidade das bases conjugadas (regra prática):
Uma base conjugada mais estável (capaz de dispersar/soportar a carga negativa) corresponde a um ácido mais forte.
Fatores que estabilizam uma carga negativa: eletronegatividade do átomo que carrega a carga (oxigênio é bom em suportar carga negativa), ressonância (se houver), efeito indutivo e solvatação (em solventes próticos, íons em oxigênio são bem solvatados).
Aplicando aos nossos casos:
Para \mathrm{CH_{3}CH_{2}OH_{2}^{+}} a base conjugada é neutra (\mathrm{CH_{3}CH_{2}OH}). Perder \mathrm{H}^+ de uma espécie carregada positivamente gera uma espécie neutra; isso normalmente é fácil (espécies protonadas costumam ser ácidos fortes). Portanto a forma protonada é muito mais ácida do que a neutra.
Para \mathrm{CH_{3}CH_{2}OH} a base conjugada é \mathrm{CH_{3}CH_{2}O^-}. Esse ânion tem a carga no oxigênio, que é relativamente bem estabilizada por eletronegatividade e solvatração em água; assim, etanol é um ácido fraco moderado (\mathrm{p}K_a em torno de 16 em água).
Para \mathrm{CH_{3}OCH_{3}} a base conjugada seria um carbaníon ao carbono adjacente ao oxigênio. Carbaníons são muito ruins em estabilidade relativa (muito básicos), porque a carga negativa fica em carbono, que é menos eletronegativo que oxigênio e não solvatado/estabilizado tão bem. Logo, o éter é muito menos ácido que o álcool.
Passo 5
Valores aproximados de \mathrm{p}K_a para dar intuição (só para comparação; os números variam com solvente, mas são ilustrativos):
\mathrm{p}K_a de \mathrm{CH_{3}CH_{2}OH} (etanol) em água: aproximadamente \mathrm{p}K_a\approx 16.
\mathrm{p}K_a de \mathrm{CH_{3}OCH_{3}} (éter) para a desprotonação de um carbono adjacente ao oxigênio: \mathrm{p}K_a é muito alto, da ordem de \sim 40\text{–}50 (ou seja, extremamente fraco como ácido).
\mathrm{p}K_a de \mathrm{CH_{3}CH_{2}OH_{2}^{+}} (etanol protonado) é negativa (ácido forte comparado ao etanol neutro); valores típicos para oxônio/protonados ficam por volta de \mathrm{p}K_a\approx -2 a -3 (dependendo do sistema). O ponto chave: é muito mais ácido que etanol neutro.
Com esses números e argumentos qualitativos fica claro:
Resumo didático final (para você decorar e aplicar na prova):
Sempre que uma molécula estiver protonada (carga positiva), perder H+ costuma ser relativamente fácil porque a base conjugada é menos carregada (às vezes neutra) — por isso protonados são ácidos fortes.
Álcool tem O–H: a base que sobra tem carga no oxigênio (ótimo para estabilizar carga negativa) → ácido fraco-moderado (\mathrm{p}K_a ~ 16).
Éter não tem O–H; a desprotonação típica leva a um carbaníon (muito instável) → ácido extremamente fraco (\mathrm{p}K_a muito grande, ~ 40–50).