Propriedades que Determinam a Força Ácida
As Novas Tendências Mais Quentes para Ácidos
Até agora temos visto algumas definições de um ácido, sendo a mais popular a de Brønsted-Lowry que nos diz que um próton ácido transfere. Nós também vimos exemplos de ácidos fortes e ácidos fracos e como os seus equilíbrios na água se jogam. Até esta seção, podíamos descobrir a força relativa de um ácido conhecendo sua constante de dissociação ácida: quanto maior a constante de dissociação ácida, mais forte o ácido.
No espírito de mantê-lo real e honesto, provavelmente é melhor apenas memorizar um monte de ácidos (e bases) que já passamos e se eles são fortes ou fracos. Se você esquecer alguns, falaremos sobre as propriedades que determinam a força do ácido nesta seção – isso pode ajudá-lo se você se encontrar em um pickle.
A Tabela Periódica é basicamente um mapa do tesouro da química. Pode não haver um pote de ouro escondido nele, mas pode ajudá-lo a fazer o seu próximo teste. Estaremos nos referindo a ele neste guia para ajudá-lo a prever a força do ácido.
Dois grandes preditores da força ácida são a força de ligação H-A e a polaridade da ligação H-A. Ambas as propriedades podem ser mapeadas para a Tabela Periódica e seguir certas tendências.
Força de ligação e ácidos
Vejamos a resistência do halogênio (Grupo 7) contendo ácidos HF, HCl, HBr, e HI.
A força de ligação de um ácido depende geralmente do tamanho do átomo ‘A’: quanto menor o átomo ‘A’, mais forte a ligação de H-A. Ao descer uma linha na Tabela Periódica (ver figura abaixo), os átomos ficam maiores para que a força das ligações fique mais fraca, o que significa que os ácidos ficam mais fortes. Para os ácidos contendo halogênio acima, HF tem a ligação mais forte e é o ácido mais fraco. A forte ligação entre os átomos ‘H’ e ‘F’ de tamanho mais semelhante não quer quebrar e permitir a transferência do ‘H’.
HI, por outro lado, é um ácido muito forte. O grande átomo ‘I’ domina o pequeno ‘H’ indefeso e a ligação do H-I é muito fraca. Portanto, o H-I é um grande transferidor de prótons e um grande ácido (Ka ~ 109 M).
Bond Polarity and Acids
Ao comparar ácidos que têm átomos ‘A’ na mesma linha, as diferenças de polaridade da ligação são mais importantes na determinação da força ácida. Isto porque as diferenças de força de ligação são muito menores entre átomos próximos uns dos outros na mesma linha.
A polaridade da ligação é largamente determinada pela diferença de eletronegatividade entre os dois átomos envolvidos na ligação. A eletronegatividade é basicamente o quanto um átomo quer elétrons. Pense na eletronegatividade como uma medida da compressão dos elétrons de um átomo. Sim, estamos a falar do tipo de paixoneta dos rapazes. Para ligações que envolvem um átomo que tem uma enorme paixoneta de electrões e um átomo que simplesmente não está a sentir o amor dos electrões, a ligação tende a ser realmente polar. Os elétrons retribuem a paixoneta e vão para o átomo que mais gosta deles. Não é bonito?
A ligação do ácido fluorídrico (HF) é polar porque F ama realmente os elétrons. Vamos comparar isto com CH4. O carbono está na mesma linha do flúor (veja a figura acima), mas HF é um ácido muito mais forte que o CH4. As ligações C-H não são polares em comparação com a ligação H-F. CH4 é um ácido realmente fraco.
Aqui está outra classe de ácidos que também tem resistências previsíveis baseadas na Tabela Periódica: os oxoácidos. Eles têm a fórmula geral, HnYOm.
Alguns exemplos do mundo real são H2CO3, H2PO4, e HNO3. Estes ácidos contêm uma ligação O-H que se dissocia para formar um íon hidrónico e uma base conjugada:
(Nota: Nesta secção, quando dizemos “Átomo Y”, não queremos dizer ítrio. Estamos a usar o Y como um espaço reservado para um elemento).
Quanto mais forte for um ácido, mais o lado direito do equilíbrio é favorecido. Quanto mais o átomo Y for capaz de estabilizar o produto Y-O- carregado negativamente no lado direito do equilíbrio, mais forte será o ácido.
Se o Y tiver uma grande esmagamento de electrões (é altamente electronegativo), ficará feliz por estar do lado direito do equilíbrio. Isto porque há mais elétrons na molécula do lado direito do equilíbrio. Apesar de Y não conseguir os elétrons só para si mesmo, ele ainda obtém alguma satisfação por saber que o átomo de oxigênio vizinho está desfrutando deles. Isso não é bom?
Overtudo, quanto mais electronegativo for o átomo Y, melhor estabiliza o produto Y-O e mais forte será o ácido. A série de ácido hipohalous faz um bom trabalho mostrando o aumento da força ácida com o aumento da eletronegatividade do átomo Y (neste caso, um átomo halógeno).
Antes que a ligação O-H é enfraquecida, quanto mais forte o ácido será. No exemplo acima, a ligação O-H é enfraquecida pelo aumento da eletronegatividade do átomo Y. Pense no átomo Y como um aspirador de elétrons que suga os elétrons da ligação O-H para que eles não sejam mais compartilhados com o próton e acabem na molécula de base conjugada. Quanto mais forte o vácuo puxar os elétrons para fora da ligação, mais forte será o ácido.
O mesmo princípio aplica-se aos ácidos que contêm o mesmo átomo Y, mas números diferentes de átomos de oxigénio. Os átomos de oxigénio também são como os aspiradores de electrões. Eles enfraquecem a ligação O-H através do átomo Y central e estabilizam o produto carregado negativamente. Como resultado, quanto mais átomos de oxigênio estão ligados ao átomo Y central, mais forte é o ácido HnYOm.
A série de oxoácidos de cloro ilustra o que queremos dizer:
Aumento do número de átomos de oxigénio que estão ligados ao átomo central também aumenta o número de oxidação do átomo central. Números elevados de oxidação do átomo central representam uma carga positiva sobre esse átomo.
Desde que cargas opostas se atraiam, um átomo central muito positivo seria mais atraído pela carga negativa do par único de elétrons sobre o átomo de oxigênio vizinho. Para que o oxigênio vizinho obtenha o cobiçado par de elétrons solitários, ele transfere um próton e age como um ácido.
Embora as tendências e exemplos acima sejam úteis, você inevitavelmente terá encontros próximos com moléculas alienígenas. Lembra-nos de um filme antigo de Spielberg. Quando precisamos comparar a acidez das moléculas que não vimos antes, tente determinar quantos aspiradores de elétron (se houver) existem na molécula. Esses “aspiradores de pó” são tipicamente aqueles com altas eletronicidades, como o oxigênio. Estes átomos estabilizam o par único de electrões que normalmente resultam quando um ácido transfere um próton. Quanto mais capaz a molécula conseguir estabilizar os elétrons extras, mais forte ela será como um ácido.