Qual é a espécie mais nucleofílica nos seguintes pares?
\mathrm{H}_{2} \mathrm{O} ou HF .

Passo 1

O que o enunciado pede: decidir qual das duas espécies é mais nucleofílica entre \mathrm{H}_2\mathrm{O} e \mathrm{HF}.
Informações dadas (explícitas ou implícitas): ambas são moléculas neutras que têm pares de elétrons não ligantes (pares livres) capazes de atacar um eletrófilo. Não foi dado solvente, então consideraremos o caso mais comum (meio prótico, tipo água) e raciocínio geral aplicável a provas.

Passo 2

O que é “nucleófilo” e como pensar sobre nucleofilicidade.
  • Nucleófilo = espécie que doa um par de elétrons para um sítio com deficiência eletrônica (eletrófilo). Na prática, desenhamos uma seta do par livre do nucleófilo para o átomo eletrófilo.
  • Fatores que aumentam a nucleofilicidade (resumo prático):
    1. Carga negativa (ânions geralmente mais nucleofílicos que neutros).
    2. Menor eletronegatividade (átomos que seguram menos fortemente seus elétrons doam-nos mais facilmente).
    3. Maior polarizabilidade (elétrons mais “fáceis” de deslocar ajudam a interagir com o eletrófilo).
    4. Menor impedimento estérico (pares livres acessíveis).
    5. Efeito do solvente: em solventes próticos, nucleófilos pequenos e fortemente ligados por H-bonding ficam “protegidos” e perdem nucleofilicidade; solventes apróticos favorecem nucleófilos menos solvatados.
      Vou explicar cada ponto com calma porque são importantes para aplicar ao par \mathrm{H}_2\mathrm{O} / \mathrm{HF}.

Passo 3

Explicando o ponto da eletronegatividade (com números úteis).
  • Eletronegatividade de um átomo indica quão fortemente ele atrai elétrons numa ligação. Quanto maior a eletronegatividade, mais “apertado” o átomo segura seus elétrons e menos disposto está a doar um par.
  • Valores de Pauling: oxigênio ≈ 3{,}44, flúor ≈ 3{,}98.
  • Conclusão prática: o par de elétrons em \mathrm{HF} está sobre o átomo de flúor, que é mais eletronegativo que oxigênio. Logo o par é menos disponível para doar do que o par em \mathrm{H}_2\mathrm{O}. Isto aponta para \mathrm{H}_2\mathrm{O} sendo mais nucleofílica.

Passo 4

Polarizabilidade e tamanho atômico — por que isso importa aqui.
  • Polarizabilidade: quanto mais “grande” e difuso é o orbital que contém os elétrons, mais fácil é deformar a nuvem eletrônica durante a aproximação do eletrófilo — isso facilita a formação da ligação nova.
  • Entre átomos da mesma linha, átomos menores são menos polarizáveis. O flúor é bem pequeno e pouco polarizável; o oxigênio (na molécula de água) tem orbitais ligeiramente mais difusos que o flúor. Assim, em termos práticos, o par de elétrons da água é um pouco mais polarizável/“doável” que o do HF — outro ponto a favor da água como nucleófilo.

Passo 5

Efeito do solvente e H-bonding — por que HF tende a ser pobre nucleófilo em meio prótico.
  • HF é capaz de formar ligações de hidrogênio muito fortes (HF é ácido relativamente forte em moléculas neutras e forma cadeias por H-bonding). Essas interações “prendem” os pares livres do flúor, diminuindo sua disponibilidade para atacar um eletrófilo.
  • Água também faz H-bonding, mas a tendência do flúor em participar e formar associações é particularmente forte; além disso, o flúor, por ser muito eletronegativo, já segura muito seus elétrons. Resultado: em solventes próticos (ex.: água), a nucleofilicidade relativa de \mathrm{HF} é ainda menor do que sugerido só pela eletronegatividade.
  • Regra de bolso: em meio prótico, nucleófilos pequenos e fortemente solvatados (como espécies ligadas por H-bonding intenso) têm nucleofilicidade baixada.

Passo 6

Resumo comparativo ponto a ponto entre \mathrm{H}_2\mathrm{O} e \mathrm{HF}
  • Carga: ambas neutras → empate.
  • Eletronegatividade: \text{O} (3{,}44) < \text{F} (3{,}98) → pares em O mais disponíveis → favor \mathrm{H}_2\mathrm{O}.
  • Polarizabilidade: flúor menos polarizável que oxigênio → favor \mathrm{H}_2\mathrm{O}.
  • Solvatação / H-bonding: \mathrm{HF} forma associações/H-bonds muito fortes que “seguram” seus pares → favor \mathrm{H}_2\mathrm{O}.
  • Conclusão intercalar: todos os fatores relevantes apontam que \mathrm{H}_2\mathrm{O} doa seu par mais prontamente que \mathrm{HF}, logo é mais nucleofílica.

Passo 7

Um exemplo rápido para fixar (mecanismo mental).
Pense numa reação simples de ataque a um carbocátion genérico \mathrm{R}^+. O ataque por água seria representado por:
\mathrm{R}^+ + \mathrm{H}_2\mathrm{O} \longrightarrow \mathrm{R{-}O H_2}^+
e por HF:
\mathrm{R}^+ + \mathrm{HF} \longrightarrow \mathrm{R{-}F H}^+
Como \mathrm{H}_2\mathrm{O} tem o par mais disponível (menor eletronegatividade, menos “apertado”, menos solvatado por H-bonds fortes), a velocidade de ataque por \mathrm{H}_2\mathrm{O} tende a ser maior — expressão prática de maior nucleofilicidade.

Passo 8

Motivação final e dica para prova.
  • Regra prática: ao comparar nucleofilicidade entre moléculas neutras do mesmo período, o átomo menos eletronegativo e mais polarizável costuma ser o nucleófilo mais forte.
  • Portanto, quando aparecerem pares como \mathrm{H}_2\mathrm{O} vs \mathrm{HF}, já pode pensar: o par sobre O é mais “generoso” que o sobre F → responda \mathrm{H}_2\mathrm{O}. Vai por esse raciocínio simples em prova: explique com eletronegatividade + H-bonding.

Resposta

\mathrm{H}_2\mathrm{O}

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