Fatores que afetam a força do ácido

RKA22JL - Olá! Tudo bem com você? Você vai assistir agora a mais uma aula de ciências da natureza, e, nessa aula, vamos conversar sobre os fatores que afetam um ácido forte. Três fatores que afetam um ácido forte são: a polaridade da ligação, a força da ligação e a estabilidade da base conjugada. Para conversar sobre isso, vamos pensar aqui em um ácido genérico HA, que doa um próton para a água, que vai formar o íon hidrônio H3O⁺ e a base conjugada de HA, que é A⁻. Primeiro, vamos considerar a polaridade da ligação entre H e A. Se A for mais eletronegativo do que H, A retém a densidade de elétrons. Então, poderíamos desenhar uma seta apontada para o A, para a direita, conforme os elétrons e a ligação entre eles são puxados para mais perto de A. Conforme a eletronegatividade de A aumenta, há um aumento na polaridade da ligação. A medida que a polaridade da ligação aumenta, mais densidade de elétrons é retirada do H, o que deixa mais fácil o A doar um próton. Portanto, em geral, um aumento na polaridade da ligação HA significa um aumento na força do ácido. Agora, vamos pensar sobre o fator de força de ligação e vamos considerar a força da ligação entre o H e o A. Quanto mais fraca a ligação, mais facilmente o próton é doado. Portanto, em geral, uma redução na força de ligação significa um aumento na força do ácido. A estabilidade da base conjugada também pode afetar a força do ácido. Quanto mais estável a base conjugada é, maior a probabilidade do ativo doar um próton. Então, se você pensar sobre isso para HA, a base conjugada é A⁻, e, quanto mais estável o A⁻ for, maior a probabilidade do HA doar um próton em solução. Portanto, em geral, quanto mais estável a base conjugada for, mais forte é o ácido. Vamos escrever aqui um aumento na estabilidade da base conjugada, em que isso significa um aumento na força do ácido. Embora a força do ácido geralmente seja devida a todos esses três fatores, polaridade da ligação, força da ligação, estabilidade da base conjugada, quando olharmos os exemplos, vamos considerar apenas um ou dois fatores que são os principais contribuintes para a força do ácido. Para começar, vamos ver aqui os ácidos binários do grupo 7A na tabela periódica, ou seja, o ácido fluorídrico, o ácido clorídrico, o ácido bromídrico e o ácido iodídrico. À medida que descemos aqui no grupo, do flúor ao cloro, ao bromo e ao iodo, há um aumento na força do ácido. Portanto, desses quatro, o ácido iodídrico é o mais forte. O principal fator que determina a força dos ácidos binários no grupo 7A é a força de ligação e, inclusive, analisar os valores da entalpia de ligação nos permite descobrir a intensidade das forças dessas ligações. A ligação HF tem uma entalpia de ligação de 567 quilojoules por mol, enquanto a ligação HI tem uma entalpia de ligação de 299 quilojoules por mol. Quanto menor for o valor da entalpia de ligação, mais fácil será quebrá-la. Como a entalpia de ligação diminui à medida que avançamos no grupo, isso significa que há uma redução na força de ligação. Uma redução na força de ligação significa que é mais fácil para o ativo doar um próton. Portanto, vemos um aumento na força do ácido à medida que descemos no grupo. Agora, vamos comparar algumas características de alguns oxiácidos. Todos esses oxiácidos têm a fórmula geral X-O-H, onde o X é um halogênio. O próton ácido é o próton que está diretamente ligado ao oxigênio e se o oxiácido doa seu próton para a água, isso forma o íon hidrônio H₃O⁺ e a base conjugada para o oxiácido. Para esses três oxiácidos, os halogênios são iodo, bromo e cloro. À medida que vamos do iodo ao bromo e ao cloro, no grupo 7A da tabela periódica, temos um aumento na eletronegatividade. Portanto, o cloro é o mais eletronegativo desses três halogênios. Quando subimos no grupo em nossos halogênios, há um aumento na força do ácido. Portanto, o ácido hipocloroso é o mais forte dos três. O principal fator que determina a força desses oxiácidos é a polaridade da ligação, que é afetada pela eletronegatividade do halogênio. Portanto, a polaridade desse oxigênio faz com que a ligação de hidrogênio seja afetada pela presença do halogênio. À medida que a eletronegatividade do halogênio aumenta, ele é capaz de retirar mais densidade de elétrons do lado direito da molécula. Isso aumenta a polaridade da ligação O-H, tornando mais fácil doar esse próton. Assim, conforme a eletronegatividade do halogênio aumenta, a acidez do oxiácido aumenta. Esse efeito da eletronegatividade do átomo aumentando a acidez é frequentemente referido como efeito indutivo. Vamos comparar aqui o ácido hipocloroso a dois outros oxiácidos e observar como deixei de fora as cargas formais desses ácidos apenas para que possamos nos concentrar na estrutura geral. Observe como o próton ácido está diretamente ligado ao oxigênio. Em todos esses três oxiácidos, o oxigênio está diretamente ligado a um cloro. Observe o que acontece com a estrutura à medida que nos movemos aqui para a direita. Comparando o ácido cloroso ao ácido hipocloroso, o ácido cloroso possui um oxigênio adicional ligado ao cloro e, olhando para o ácido perclórico, em vez de apenas um oxigênio adicional, existem três oxigênios adicionais. À medida que avançamos para a direita, aumentamos o número de oxigênios ligados ao cloro. Não se esqueça que o oxigênio é um elemento muito eletronegativo, assim, à medida que avançamos para a direita, aumentamos o número de átomos eletronegativos no ácido e, uma vez que o número de átomos eletronegativos aumenta, mais densidade de elétrons é retirada do próton ácido, o que aumenta a polaridade da ligação de hidrogênio do oxigênio. Portanto, a polaridade de ligação aumenta conforme nos movemos para a direita, o que prevê um aumento na força do ácido à medida que nos movemos para a direita. E é isso que observamos experimentalmente, o ácido perclórico é o mais forte aqui dentre os três. Na realidade, todos os três fatores afetam a força do ácido, no entanto, para simplificar, podemos apenas dizer que o aumento da polaridade de ligação é o principal fator para o aumento da força do ácido nesses oxiácidos. Os ácidos carboxílicos formam um grupo de ácidos que contém um grupo carboxila. Um grupo funcional carboxila é formado a partir da união dos grupos carbonila, CO, e da hidroxila, OH. Enfim, se olharmos aqui para o ácido acético, eu vou circular o grupo carboxila no ácido acético e também posso circular o grupo carboxila no ácido fórmico, o próton ácido no ácido carboxílico é aquele que está diretamente ligado ao oxigênio no grupo carboxila. Um dos motivos pelos quais esse próton é ácido é a presença desse oxigênio no grupo carboxila. Essa ligação de hidrogênio aqui com o oxigênio já está polarizada, mas a presença de outro átomo eletronegativo aumenta ainda mais a polaridade de ligação entre o hidrogênio e o oxigênio. Aumentando a polaridade da ligação, torna-se mais provável que o próton seja doado, o que aumenta a acidez. Para ácidos carboxílicos, também é importante considerar a estabilidade da base conjugada. Quando o ácido acético doa seu próton, ele se transforma em sua base conjugada, que é o ânion acetato. Observe que o oxigênio que costumava ser ligado ao próton, agora, tem uma carga formal negativa. Existem duas estruturas de ressonância possíveis que você pode desenhar aqui para o ânion acetato. A primeira é com a carga negativa desse oxigênio, mas podemos desenhar outra estrutura de ressonância com uma carga negativa no outro oxigênio. Na realidade, nenhuma das estruturas ressonantes é uma representação perfeita do ânion acetato. Precisamos pensar em um híbrido dessas duas estruturas ressonantes. No híbrido, a carga negativa não está em um dos oxigênios. Essa carga negativa é espalhada ou deslocalizada sobre os dois oxigênios. É como se um oxigênio tivesse a metade negativa e o outro oxigênio tivesse a outra metade negativa. Essa deslocalização da carga negativa estabiliza a base conjugada e, quanto mais estável a base conjugada é, mais forte é o ácido. Portanto, a estabilidade da base conjugada também afeta a acidez do ácido carboxílico. Sendo assim, como os ácidos carboxílicos têm bases conjugadas que são estabilizadas por ressonância, os ácidos carboxílicos, como o ácido acético e o ácido fórmico, são mais ácidos. Eu espero que você tenha compreendido aqui essas ideias e, mais uma vez, eu quero deixar para você um grande abraço e dizer que você encontro na próxima. Então, até lá!