Indique a ordem crescente de força ácida ácido os seguintes oxiácidos: \mathrm{HNO}_{3}, \mathrm{H}_{2} \mathrm{SO}_{4}, \mathrm{HSO}_{3}

Passo 1

O enunciado pede para ordenar, em ordem crescente de força ácida, os oxiácidos dados: \mathrm{HNO_{3}},\\ \mathrm{H_{2}SO_{4}},\\ \mathrm{HSO_{3}}.
Informação importante: a fórmula \mathrm{HSO_{3}} está ambígua (não é a forma usual de um oxiácido). Vou interpretar \mathrm{HSO_{3}} como o oxiácido sulforoso mais comumente citado, isto é, \mathrm{H_{2}SO_{3}} (ácido sulfuroso). Mantendo essa interpretação, os três ácidos a comparar são \mathrm{H_{2}SO_{3}},\\ \mathrm{HNO_{3}},\\ \mathrm{H_{2}SO_{4}}.

Passo 2

O que significa “força ácida”?
  • Um ácido é mais forte quanto mais facilmente doa um próton ( \mathrm{H^{+}}).
  • Quantitativamente usamos a constante de acidez K_a e seu logaritmo \mathrm{p}K_a:
\mathrm{p}K_a = -\log_{10}K_a.
  • Quanto menor \mathrm{p}K_a (ou quanto maior K_a), mais forte é o ácido. Ex.: \mathrm{HCl} tem \mathrm{p}K_a muito negativo (ácido forte), ácido acético tem \mathrm{p}K_a\approx 4,76 (ácido fraco).

Passo 3

Regras gerais para oxiácidos (explicação didática, o que usar na prova):
  1. Para oxiácidos com o mesmo elemento central, quanto maior o número de oxigênios ligados ao elemento central, mais forte tende a ser o ácido. Isso ocorre porque mais oxigênios retiram densidade eletrônica (efeito indutivo) e estabilizam a carga negativa do ânion conjugado por ressonância. Ex.: \mathrm{HClO}<\mathrm{HClO_{2}}<\mathrm{HClO_{3}}<\mathrm{HClO_{4}}.
  2. Em geral, quanto maior o estado de oxidação do átomo central, mais forte o ácido (porque o átomo central mais positivo puxa elétrons, facilitando a perda do próton).
  3. A estabilidade da base conjugada (ressonância e dispersão de carga) é decisiva: quanto mais ressonâncias e mais átomos eletronegativos para distribuir a carga negativa, mais estável e, portanto, mais forte o ácido.

Passo 4

Calculemos estados de oxidação (para aplicar a regra 2) e comparemos número de oxigênios (regra 1). Vou mostrar como calcular o estado de oxidação de um átomo central com exemplos concretos:
  • Para \mathrm{H_{2}SO_{4}}: cada \mathrm{H} vale +1, cada \mathrm{O} vale -2. Somando para molécula neutra:
2\cdot(+1) + \mathrm{S} + 4\cdot(-2) = 0 \Rightarrow \mathrm{S} = +6.
  • Para \mathrm{H_{2}SO_{3}}:
2\cdot(+1) + \mathrm{S} + 3\cdot(-2) = 0 \Rightarrow \mathrm{S} = +4.
  • Para \mathrm{HNO_{3}}:
1\cdot(+1) + \mathrm{N} + 3\cdot(-2) = 0 \Rightarrow \mathrm{N} = +5.
Portanto os estados de oxidação são: \mathrm{S}(+6) em \mathrm{H_{2}SO_{4}}, \mathrm{N}(+5) em \mathrm{HNO_{3}}, e \mathrm{S}(+4) em \mathrm{H_{2}SO_{3}}.

Passo 5

Aplicando as regras e a intuição química:
  • \mathrm{H_{2}SO_{4}}: átomo central com maior estado de oxidação ( +6) e mais oxigênios ( 4). Além disso, a base conjugada \mathrm{HSO_{4}^{-}} e \mathrm{SO_{4}^{2-}} têm alta estabilização por ressonância — por isso o primeiro próton é muito forte (ácido forte).
  • \mathrm{HNO_{3}}: nitrogênio em +5 e três oxigênios; a base conjugada \mathrm{NO_{3}^{-}} é bem estabilizada por ressonância, então é um ácido forte, mas menos forte que o primeiro próton de \mathrm{H_{2}SO_{4}}.
  • \mathrm{H_{2}SO_{3}}: enxofre em +4 e só três oxigênios; sua base conjugada é menos estabilizada por ressonância do que as bases de \mathrm{HNO_{3}} e \mathrm{H_{2}SO_{4}}. Portanto \mathrm{H_{2}SO_{3}} é bem mais fraco (ácido fraco comparado aos outros dois).

Passo 6

Para consolidar com números (apenas para verificação rápida; na prova bastam as regras acima): valores aproximados de \mathrm{p}K_a da primeira dissociação são:
\mathrm{p}K_a(\mathrm{H_{2}SO_{3}}) \approx 1{,}8,\qquad \mathrm{p}K_a(\mathrm{HNO_{3}})\approx -1{,}4,\qquad \mathrm{p}K_a(\text{1ª dissociação de }\mathrm{H_{2}SO_{4}})\approx -3.ªçã
Menor \mathrm{p}K_a = ácido mais forte. Isso confirma a ordem que já deduzimos qualitativamente.

Passo 7

Conclusão explicada: o ácido mais fraco é \mathrm{H_{2}SO_{3}} (menos oxigênios e menor estado de oxidação do enxofre), em seguida vem \mathrm{HNO_{3}} (boa ressonância em \mathrm{NO_{3}^{-}}), e o mais forte é \mathrm{H_{2}SO_{4}} (estado de oxidação mais alto do enxofre, mais oxigênios e muita estabilização da base conjugada).

Resposta

\mathrm{H_{2}SO_{3}} < \mathrm{HNO_{3}} < \mathrm{H_{2}SO_{4}}

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