Questão 3 (1,0 Ponto) - Os hidrácidos dos calcogénios aumentam em força ácida na seguinte tendência: \mathrm{H}_{2} \mathrm{O}<\mathrm{H}_{2} \mathrm{~S}< \mathrm{H}_{2} \mathrm{Se}. Essa tendéncia na acidez está relacionada com a força da ligaçåo \mathrm{H}-\mathrm{X} dos ácidos. Sobre isso, é possível dizer que a força ácida cresce com:
a) polaridade
b) repulsão entre os pares de elétrons
c) hipervalência
d) menor superposição de orbitais
e) deslocalização da ligação

Passo 1

O enunciado dá a tendência de força ácida dos hidrácidos dos calcogénios:
\mathrm{H}_{2}\mathrm{O} < \mathrm{H}_{2}\mathrm{S} < \mathrm{H}_{2}\mathrm{Se}.
Diz que essa tendência está relacionada com a força da ligação \mathrm{H}-\mathrm{X} dos ácidos e pede que se escolha, entre as alternativas, com qual propriedade a força ácida cresce:
a) polaridade
b) repulsão entre os pares de elétrons
c) hipervalência
d) menor superposição de orbitais
e) deslocalização da ligação

Passo 2

O que significa “força ácida” aqui (revisão rápida e importante)?
Um ácido genérico \mathrm{HA} em solução aquosa disputa protones segundo a reação
\mathrm{HA} \rightleftharpoons \mathrm{H}^+ + \mathrm{A}^-.
A tendência de doar próton é medida pela constante de acidez K_a: quanto maior K_a, mais forte é o ácido. Dois fatores principais controlam essa tendência:
  • quão fácil é romper a ligação \mathrm{H}-\mathrm{A} para liberar \mathrm{H}^+ (força da ligação);
  • quão estável fica a base conjugada \mathrm{A}^- depois da perda do próton (estabilização da carga negativa).
Se a ligação \mathrm{H}-\mathrm{X} é mais fraca, fica mais fácil o protonar-se separar e, em geral, o ácido é mais forte. Também, se a base conjugada \mathrm{XH}^- é mais estável (por exemplo por espalhar a carga negativa), o ácido será mais forte.

Passo 3

Agora ligar isso à família dos calcogénios (O, S, Se). Observações de tabela periódica úteis e simples:
  • Ao descer no grupo (O → S → Se) o raio atômico aumenta; os orbitais externos (p, por exemplo) ficam mais difusos (mais espalhados).
  • Orbitais maiores e mais difusos têm menor sobreposição com o orbital do hidrogênio ao formar a ligação \mathrm{H}-\mathrm{X}. Menor sobreposição entre orbitais significa ligação mais fraca (energia de ligação menor).
    Portanto, descendo o grupo a sobreposição orbital \uparrow ou \downarrow? Ela diminui. A ligação \mathrm{H}-\mathrm{X} fica mais fraca e fica mais fácil liberar \mathrm{H}^+. Isso explica por que \mathrm{H}_{2}\mathrm{S} é mais ácido que \mathrm{H}_{2}\mathrm{O} e \mathrm{H}_{2}\mathrm{Se} é ainda mais ácido: a sobreposição orbital diminui e a ligação \mathrm{H}-\mathrm{X} enfraquece conforme X fica maior.
Também vale notar um efeito complementar: a base conjugada \mathrm{XH}^- (ou melhor, \mathrm{X}^{2-} em termos de capacidade de acomodar carga) fica relativamente mais confortável com carga negativa em átomos maiores — a carga fica mais espalhada — o que estabiliza a base conjugada e aumenta a acidez. Ambos os pontos (ligação mais fraca por menor sobreposição e base conjugada mais estabilizada por maior tamanho) apontam para a mesma conclusão.

Passo 4

Analisando as alternativas e eliminando as que não explicam a tendência:
  • a) polaridade — se fosse a polaridade dominante, \mathrm{H}_{2}\mathrm{O} (mais polar) seria o mais ácido, mas na prática \mathrm{H}_{2}\mathrm{O} é o menos ácido da lista. Logo, polaridade não explica a tendência observada.
  • b) repulsão entre os pares de elétrons — repulsões entre pares eletrônicos (pares livres) influenciam geometria e energia, mas não é o fator principal que controla a facilidade de romper \mathrm{H}-\mathrm{X} nessa série; não explica por que a acidez aumenta com o tamanho atômico.
  • c) hipervalência — hipervalência refere-se a átomos que usam orbitais d para expandir a valência (não aplicável de modo relevante a \mathrm{H}_2\mathrm{X} para O, S, Se nessa tendência). Não é a causa.
  • d) menor superposição de orbitais — esta alternativa diz exatamente o que discutimos: orbitais maiores (S, Se) sobrepõem menos com o orbital de H, gerando ligação mais fraca e ácido mais forte. Explica a tendência corretamente.
  • e) deslocalização da ligação — delocalização (ressonância) estabiliza a base conjugada quando presente; aqui não há ressonância que envolva diretamente a carga negativa em \mathrm{X} (O, S, Se) na forma que justifique a sequência dada, então não é a explicação.

Passo 5

Resumo pedagógico e intuitivo para a prova (como você pode responder rápido): a força ácida cresce porque, ao descer no grupo dos calcogénios, os átomos ficam maiores e os seus orbitais interagem pior com o orbital do hidrogênio — isto é, há menor sobreposição orbital — resultando em ligações \mathrm{H}-\mathrm{X} mais fracas e, portanto, maior facilidade de doação de próton. Em linguagem curta: menor sobreposição → ligação mais fraca → ácido mais forte.

Resposta

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