Na reação abaixo indique quais são os ácidos e respectivas bases conjugadas segundo o conceito de Brönsted-Lowry. Considerando que a reação é favorecida no sentido da esquerda para a direita:
a) Identifique qual é o ácido mais forte.
b) Faça inferências sobre a Constante de Equilíbrio deste sistema e os valores de
associados.
b) Faça inferências sobre a Constante de Equilíbrio deste sistema e os valores de
Passo 1
O enunciado fornece a seguinte reação:
O que é pedido:
- Identificar, segundo Brønsted-Lowry, quais espécies atuam como ácidos e quais como bases, e quais são os pares ácido/conjugada-base.
- (a) Determinar qual é o ácido mais forte.
- (b) Fazer inferências sobre a constante de equilíbrio deste sistema e sobre os valores de
associados, sabendo que a reação é favorecida no sentido da esquerda para a direita (isto é, favorece a formação de e ).
Informações relevantes dadas explicitamente: a equação química acima e a indicação de que a reação é favorecida no sentido da esquerda para a direita.
Passo 2
Conceito básico (passo-a-passo bem mastigado): o que diz Brønsted-Lowry?
- Um ácido é uma espécie que doa um próton (
). - Uma base é uma espécie que aceita um próton (
). - Quando um ácido doa um próton, ele vira sua base conjugada; quando uma base aceita um próton, ela vira seu ácido conjugado.
Aplicando isso à reação dada, olhe cada transferência de próton:
- À esquerda,
tem um hidrogênio ácido (o próton que pode ser doado). Logo, nessa reação ele atua como ácido doador de próton. - À esquerda,
(formiato) tem carga negativa e pode aceitar um próton, logo atua como base. - À direita,
é justamente a espécie que resulta da perda do próton por ; portanto é a base conjugada de . - À direita,
(ácido fórmico) é o resultado da protonação de ; portanto é o ácido conjugado de .
Listando os pares conjugados explicitamente:
- Par 1:
(ácido) / (base conjugada). - Par 2:
(ácido conjugado) / (base).
Passo 3
Identificação do ácido mais forte a partir da informação “reação favorecida à direita”:
- Se a reação é favorecida no sentido da esquerda para a direita, significa que o ácido que está doando o próton no lado esquerdo (
) é mais forte que o ácido formado no produto ( ). Por quê? Porque um ácido mais forte tende a transferir seu próton para a base conjugada mais fraca, deslocando o equilíbrio para produtos. - Portanto, sem cálculos, concluímos: o ácido mais forte é
e o ácido mais fraco é .
Vou agora complementar com dados típicos de pKa (valores experimentais aproximados, para quantificar a força relativa):
- Valor típico de
do ácido tricloroacético (mesma fórmula que escrita no enunciado) é cerca de . - Valor típico de
do ácido fórmico é .
Esses números confirmam qualitativamente que(tricloroacético) é muito mais ácido que (fórmico), porque pKa menor = ácido mais forte.
Passo 4
Relação entre constantes e pKa (fórmula útil para provas) — derivação curta e didática:
- Defina as constantes de dissociação ácida:
- A constante de equilíbrio da reação dada (escrevendo produtos sobre reagentes) é:
- Agora manipule
e para obter . Observe que
- Multiplicando essas duas expressões obtemos exatamente
:
- Em termos de
(onde ) temos:
e portanto
Passo 5
Cálculo aproximado de
usando os
aproximados mencionados:
- Usei
e . - Então
- Logo
Interpretação prática:
da ordem de
significa que, no equilíbrio, os produtos (
e
) estão em concentração muito maior que os reagentes — consistente com a informação de que a reação favorece o sentido esquerdo→direita.
Passo 6
Cálculo de
padrão associado ao equilíbrio e interpretação:
- Fórmula geral de ligação entre
e é
onde
é a constante dos gases (
) e
é a temperatura em Kelvin. Em temperatura ambiente (
) é comum usar a forma com log decimal:
- Calculemos numericamente (aproximação):
- Como
,
Interpretação:
negativo indica que a reação espontaneamente favorece os produtos (à condição padrão). O valor
é moderadamente negativo — mostra uma preferência significativa pelos produtos, coerente com
.
Passo 7
Observações finais, limitações e o que levar para a prova:
- A conclusão qualitativa (ácido mais forte =
) pode ser obtida apenas olhando para o sentido favorável da reação; não precisa de pKa para responder (mas pKa ajuda a quantificar). - Quando for pedir a constante de equilíbrio entre dois ácidos conjugados, use a relação simples:
- Ao calcular
use ou a forma com para facilitar contas rápidas em prova. - Os números de
que usei são valores experimentais típicos; se estiver em prova e não derem pKa, responda qualitativamente (mais forte/mais fraco) e explique que a quantificação exige pKa ou tabelas.
Resposta
(a) O ácido mais forte é
(ácido tricloroacético). Seus pares conjugados são
e
.
(b) Usando e
, tem-se
e
(aprox.), indicando equilíbrio fortemente deslocado para os produtos (sentido esquerdo→direita).
(b) Usando