Questão 2 (2,0 pontos)
Represente o produto para cada uma das seguintes reações usando setas (reagentes e produtos) para mostrar de onde os elétrons partem e para onde vão, em seguida, discuta a posição do equilíbrio (mais deslocado para os reagentes ou produtos).
Passo 1
Vou deixar claro o que o enunciado pede e os dados que temos. O enunciado pede:
- Representar a transferência de elétrons (setas de mecanismo) para a reação e indicar os produtos formados.
- Discutir a posição do equilíbrio (se fica mais deslocado para reagentes ou para produtos).
Informações fornecidas:
-
com . -
com .
Nada mais foi pedido além disso; a reação envolve transferência de próton entre
e
.
Passo 2
Representação do mecanismo com setas (explicação passo a passo do que acontece electronicamente).
Descrição verbal do movimento de elétrons, seguida da equação com setas:
- O par eletrônico não-ligante (lone pair) do oxigénio de
ataca um próton (um dos H ligados ao oxigénio) de . - Simultaneamente, os elétrons da ligação O–H em
migram para o oxigénio, formando .
Representação em equação (setas indicam o ataque e a migração dos elétrons). A primeira seta mostra o par eletrônico do oxigénio de
indo ao próton; a segunda seta mostra a ligação O–H de
quebrando e seus elétrons indo para o oxigénio:
(Interpretação: o par eletrônico do oxigénio de
forma a nova ligação O–H em
; os elétrons da ligação O–H em
ficam no oxigénio e geram
.)
Passo 3
Mostrando cargas formais antes e depois (para ver conservação de carga):
- Reagentes:
(neutro) + (carga ). - Produtos:
(carga ) + (neutro).
A carga total permanece
em ambos os lados, como esperado. Portanto os produtos isolados da protonação de metanol são
(oxônio do metanol) e
.
Passo 4
Explicação didática sobre pKa e como isso determina a posição do equilíbrio (mamão com açúcar, passo a passo).
- O que é
: é o logaritmo negativo da constante de acidez . Uma acididade mais alta (mais forte) corresponde a mais baixa. Relação:
- Regra prática para equilíbrio de transferência de próton:
Para a reação
o constante de equilíbrio
para a protonação de
por
pode ser obtida como razão de constantes de acidez:
Convertendo para pKa isso dá, após manipulação algébrica,
Isto significa: o equilíbrio favorece o lado que contém o ácido mais fraco (maior
). Se
então
e produtos são favoráveis; se menor, reagentes são favorecidos.
- Aplicando à nossa reação:
- Aqui
com (dado). - O
correspondente ao nosso caso é (o ácido conjugado da base após protonação). O enunciado não deu diretamente . Dados experimentais conhecidos indicam que em água é aproximadamente a (valor aproximado; não foi dado no enunciado, por isso este é um valor tabelado aproximado). - Usando um valor típico aproximado, por exemplo
, obtemos
Mesmo se usar
,
- Interpretação física: os cálculos mostram
(valores na casa de a ), ou seja o equilíbrio está deslocado para a esquerda — favorece os reagentes ( não fica completamente protonado). Intuição química simples: a espécie protonada do metanol, , é ligeiramente mais ácida (tem um pouco menor) que ; portanto é preferível, em água, manter o protão ligado ao oxigénio mais “fácil” (voltando para e ), deslocando o equilíbrio para os reagentes.
Passo 5
Resumo prático para a prova (o que escrever rápido e certo):
- Escreva o mecanismo com as duas setas: par eletrônico do O de
ataca H de e a ligação O–H de doa seus elétrons para o O formando . - Produtos formados:
e . - Posição do equilíbrio: como explicado, usando pKa e valores tabelados para
, o equilíbrio está deslocado para os reagentes (não se protona totalmente o metanol em água).
Resposta
Equilíbrio deslocado para os reagentes (predomina