Força e Estrutura Molecular de Ácidos

Ácidos e Bases Binários

Na ausência de qualquer efeito de nivelamento, a força ácida dos compostos binários de hidrogénio com não metais (A) aumenta à medida que a força da ligação H-A diminui indo para baixo em um grupo na tabela periódica. Para o grupo 17, a ordem de aumento da acidez é HF < HCl < HBr < H. Da mesma forma, para o grupo 16, a ordem de aumento da força de acidez é H₂O < H₂S < H₂Se < H₂Te. Ao longo de uma linha na tabela periódica, a força ácida dos compostos binários de hidrogénio aumenta com o aumento da eletronegatividade do átomo não metálico, porque a polaridade da ligação H-A aumenta. Assim, a ordem de aumento da acidez (para remoção de um protão) na segunda linha éCH₄ < NH₃ < H₂O < HF; na terceira linha, é SiH₄ < PH₃ < H₂S < HCl.

Ácidos e Bases Ternários

Compostos ternários constituidos por hidrogénio, oxigénio, e algum terceiro elemento (“E”) podem ser estruturados conforme ilustrado na imagem abaixo. Nestes compostos, o átomo central de E está ligado a um ou mais átomos de O, e pelo menos um dos átomos de O também está ligado a um átomo de H, correspondendo à fórmula molecular geral O_mE(OH)_n. Estes compostos podem ser ácidos, básicos, ou anfotéricos, dependendo das propriedades do átomo central E. Exemplos desses compostos incluem ácido sulfúrico, O₂S(OH)₂, ácido sulfuroso, OS(OH)₂, ácido nítrico, O₂NOH, ácido perclórico, O₃ClOH, hidróxido de alumínio, Al(OH)₃, hidróxido de cálcio, Ca(OH)₂, e hidróxido de potássio, KOH.

Se o átomo central, E, tiver uma baixa eletronegatividade, a sua atração para eletrões é baixa. Existe pouca tendência para o átomo central formar uma forte ligação covalente com o átomo de oxigénio, e a ligação a entre o elemento e o oxigénio é mais facilmente quebrada do que a ligação b entre o oxigénio e o hidrogénio. Portanto, a ligação a é iónica, iões hidróxido são libertados para a solução, e o material comporta-se como uma base—este é o caso com Ca(OH)₂> e KOH. Uma menor eletronegatividade é característica dos elementos mais metálicos; portanto, os elementos metálicos formam hidróxidos iónicos que são, por definição, compostos básicos.

Se, por outro lado, o átomo E tiver uma eletronegatividade relativamente alta, atrai fortemente os eletrões que compartilha com o átomo de oxigénio, criando uma ligação covalente relativamente forte. A ligação oxigénio-hidrogénio, ligação b, é assim enfraquecida porque os eletrões são deslocados para E. A ligação b é polar e liberta prontamente iões de hidrogénio para a solução, pelo que o material comporta-se como um ácido. Eletronegatividades elevadas são características dos elementos mais não metálicos. Assim, elementos não metálicos formam compostos covalentes contendo grupos ácidos −OH, chamados de oxiácidos.

Aumentando do número de oxidação do átomo central E aumenta também a acidez de um oxiácido, pois isso aumenta a atração de E para os eletrões que compartilha com o oxigénio e, assim, enfraquece a ligação O-H. O ácido sulfúrico H₂SO₄, ou O₂S(OH)₂ (com um número de oxidação de enxofre de +6) é mais ácido do que o ácido sulfuroso, H₂SO₃, ou OS(OH)₂ (com um número de oxidação de enxofre de +4). Da mesma forma, o ácido nítrico, HNO₃, ou O₂NOH (número de oxidação N = +5), é mais ácido do que o ácido nitroso, HNO₂, ou ONOH (número de oxidação N = +3). Em cada um destes pares, o número de oxidação do átomo central é maior para o ácido mais forte.

Ácidos Carboxílicos

Os ácidos carboxílicos contêm um grupo carboxilo. Os ácidos carboxílicos são ácidos fracos, o que significa que não são 100% ionizados em água.

O ácido carboxílico age como um ácido fraco porque, como no caso dos oxiácidos, o segundo oxigénio ligado ao átomo de carbono aumenta a polaridade da ligação O-H e torna-a mais fraca. Além disso, após a perda do protão, o grupo carboxilo é convertido para o ião carboxilato, que apresenta ressonância. As diferentes estruturas de ressonância estabilizam o ião carboxilato, pois a sua carga negativa é deslocalizada ao longo de vários átomos.

Este texto é adaptado de Openstax, Chemistry 2e, Section 14.3: Relative Strengths of Acids and Bases e Openstax, Chemistry 2e, Section 20.3 Aldehydes, Ketones, Carboxylic Acids, and Esters.