Frutas cítricas são ricas em ácido cítrico, um composto com três grupos COOH. Dada a estrutura e os valores de
:\n
Desenhe a estrutura do ácido cítrico em uma solução em pH
.
Desenhe a estrutura do ácido cítrico em uma solução em pH
Passo 1
O que o enunciado pede e o que nos foi dado.
- Pede: desenhar a estrutura do ácido cítrico em solução com
. - Foi dada a estrutura (via SMILES) que corresponde ao ácido cítrico (fórmula estrutural:
). - Foi indicado que existem valores de
. Vou usar os valores usualmente aceitos para ácido cítrico: -
- Pergunta a responder concretamente: qual é a forma química predominante (quais grupos
estão protonados ou desprotonados) e desenhar essa estrutura em .
Passo 2
Conceitos necessários (aula curta, sem pulo de etapas).
- Cada grupo
tem uma acidez caracterizada por . A constante relaciona-se com a tendência desse grupo perder um próton. - A regra prática rápida: comparar
com . - Se
(diferença ), a forma desprotonada predomina. - Se
(diferença ), a forma protonada predomina. - Se
, há mistura significativa; usar a equação de Henderson–Hasselbalch para quantificar: que pode ser rearranjada para
- Se
- Para um ácido poliprótico (três grupos), além do raciocínio por grupo, pode-se calcular as frações molares das espécies
com fórmulas que usam e as constantes . Vou apresentar uma forma direta e interpretável para decidir a estrutura predominante.
Passo 3
Aplicando Henderson–Hasselbalch a cada grupo (fração de dissociação de cada
).
- Para cada grupo, a fração de forma desprotonada é
- Calcular para
: - Primeiro grupo (mais ácido),
:
- Primeiro grupo (mais ácido),
Conclusão: esse grupo está praticamente totalmente desprotonado.
- Segundo grupo,
:
Conclusão: este grupo está parcialmente desprotonado (maioria desprotonada, mas mistura significativa).
- Terceiro grupo (menos ácido),
:
Conclusão: esse grupo está quase todo protonado.
Passo 4
Interpretação qualitativa imediata.
- Resultado por grupo:
- Grupo com
: praticamente 100% como . - Grupo com
: cerca de como e como . - Grupo com
: cerca de como .
- Grupo com
- Portanto, a espécie microscópica predominante é a que tem dois grupos desprotonados e um protonado (espécie com carga total
, designada ). Isso porque um grupo está quase totalmente desprotonado e o segundo está mais desprotonado do que protonado.
Passo 5
Cálculo rápido das frações molares das espécies (confirmação numérica mais rigorosa).
- Para um ácido triprótico, as frações molares podem ser escritas em função de
e . Usando e a fração da espécie (dois hidrogênios já perdidos, net charge ) é - Substituindo os números (cálculo mostrado de forma resumida):
- Denominador
. - Numerador para
. - Logo
(ou ).
- Denominador
- As outras frações vêm aproximadamente:
(35,5%) para e pequenas parcelas para e . - Conclusão numérica: a espécie majoritária em
é mesmo (≈62%), ou seja, a forma com dois grupos desprotonados ( ) e um grupo protonado.
Passo 6
Qual(is) grupos estão desprotonados na estrutura predominante?
- Ácido cítrico tem três grupos
: dois terminais ligados a e um ligado ao carbono central que também carrega o grupo . Os dois grupos terminais são equivalentes entre si. - A desprotonação progressiva costuma primeiro afetar o grupo com menor
(a “mais ácida”) e depois os outros. Pela ordem de mencionada, o primeiro próton perdido corresponde ao grupo com e o segundo ao grupo com . Na prática isso significa que, na espécie predominante em , dois dos três estarão como e um permanecerá como . - Como os dois grupos terminais são equivalentes, não é importante “escolher” qual terminal ficou protonado — mas estruturalmente pode-se representar com um terminal
e os outros dois (- o central e o outro terminal) como , ou com os dois terminais e o central . O ponto essencial: a forma predominante tem carga líquida e dois grupos .
Passo 7
Desenho textual da estrutura predominante em
(forma com dois
e um
).
- Uma representação linear simples (mostrando quais grupos estão desprotonados) é:
Nesta fórmula: - O grupo
à esquerda permanece protonado ( ). - O grupo ligado ao carbono central (o que aparece como
) está desprotonado como . - O grupo terminal à direita também está desprotonado como
.
- O grupo
- Observação: por simetria entre os dois terminais, pode-se desenhar equivalente deixando protonado o terminal da direita e desprotonados o central e o outro terminal; o importante é indicar dois
e um .