Explique o porquê dos seguintes valores de pka para as substâncias abaixo:
\mathrm{CH}_{3} \mathrm{CO}_{2} \mathrm{H}<\mathrm{CF}_{3} \mathrm{CO}_{2} \mathrm{H}<\mathrm{HCl}

Passo 1

O enunciado pede para explicar por que a acidez, medida pelos valores de \mathrm{p}K_a, obedece a
\mathrm{CH_3CO_2H} < \mathrm{CF_3CO_2H} < \mathrm{HCl}
ou seja, por que o ácido acético é o menos forte, o ácido trifluoroacético é mais forte que ele e o clorídrico é o mais forte. Para isso vamos analisar como a estabilidade da base conjugada (e a capacidade de doar próton) é afetada pelo grupo ligado ao hidrogênio ácido.

Passo 2

No ácido acético, \mathrm{CH_3CO_2H}, a base conjugada é o íon acetato, \mathrm{CH_3CO_2^-}. O grupo metila \mathrm{CH_3} é ligeiramente doador de elétrons por efeito indutivo, o que desestabiliza a carga negativa no oxigênio. Como a base conjugada fica menos estável, o ácido é relativamente fraco. De fato, \mathrm{p}K_a(\mathrm{CH_3CO_2H})\approx4{,}76.

Passo 3

No ácido trifluoroacético, \mathrm{CF_3CO_2H}, a base conjugada é \mathrm{CF_3CO_2^-}. O grupo trifluoro \mathrm{CF_3} é fortemente retirador de elétrons por efeito indutivo, estabilizando muito bem a carga negativa no oxigênio. Quanto mais estabilizada a base conjugada, mais fácil é a doação do próton, aumentando a acidez. Por isso \mathrm{p}K_a(\mathrm{CF_3CO_2H})\approx0{,}23,
bem menor que no caso do ácido acético.

Passo 4

O ácido clorídrico, \mathrm{HCl}, é considerado um ácido forte em água porque, ao doar o próton, gera o íon \mathrm{Cl^-}, cuja carga negativa é muito bem estabilizada pela alta eletronegatividade do cloro e pela solvatacão em solução aquosa. A base conjugada \mathrm{Cl^-} é tão estável que praticamente toda a molécula se dissocia, conferindo a \mathrm{HCl} um valor de \mathrm{p}K_a(\mathrm{HCl})\approx-7.

Passo 5

Resumindo a ordem dos \mathrm{p}K_a (valores menores = ácido mais forte):
-7\;(\text{HCl})\;<\;0{,}23\;(\text{CF\(_3\)CO\(_2\)H})\;<\;4{,}76\;(\text{CH\(_3\)CO\(_2\)H}),
o que corresponde exatamente à força ácida
\mathrm{CH_3CO_2H} < \mathrm{CF_3CO_2H} < \mathrm{HCl}.

Resposta

A variação de acidez se deve principalmente ao efeito indutivo dos grupos ligados ao grupo carboxila e à estabilidade da base conjugada:
(a) o grupo \mathrm{CH_3} é doador de elétrons, desestabilizando \mathrm{CH_3CO_2^-} e tornando o ácido acético fraco \mathrm{p}K_a\approx4{,}76;
(b) o grupo \mathrm{CF_3} é fortemente retirador de elétrons, estabilizando \mathrm{CF_3CO_2^-} e fazendo do ácido trifluoroacético um ácido moderadamente forte \mathrm{p}K_a\approx0{,}23;
(c) em \mathrm{HCl}, o íon \mathrm{Cl^-} é extremamente estabilizado pela eletronegatividade do cloro e pela solvatacão, resultando em um ácido forte \mathrm{p}K_a\approx-7.

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