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Fatores na acidez e basicidade de compostos orgânicos e reações em células eletroquímicas, Notas de estudo de Energia

Este documento aborda a influência de fatores como a ressonância na acidez e basicidade de compostos orgânicos, além de discutir reações de oxirredução em células eletroquímicas e como calcular o potencial dessas células. São apresentadas reações de dissociação em fase gás de alguns compostos orgânicos e é estabelecida uma ordem crescente de acidez desses compostos, justificando a resposta com base no efeito da ressonância. Além disso, é explicada a inversão de basicidade que ocorre ao comparar as dissociações da anilina e da amônia em diferentes fases, enfatizando o efeito do solvente. Por fim, é considerada uma célula eletroquímica construída a partir de eletrodos de platina, imersos em diferentes eletrólitos, e é estimado o potencial dessa célula a 25°c.

O que você vai aprender

  • Qual é a ordem crescente de acidez dos compostos apresentados no esquema?
  • Por que ocorre a inversão de basicidade entre a anilina e a amônia em diferentes fases?
  • Como calcular o potencial de uma célula eletroquímica a 25°C?

Tipologia: Notas de estudo

2022

Compartilhado em 07/11/2022

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Gaucho_82 🇧🇷

4.6

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Questão 1. (X pontos) A acidez e a basicidade de compostos orgânicos podem ser
influenciadas por diversos fatores, dentre os quais a ressonância, citada como um
exemplo de fator intrínseco. No esquema abaixo, estão apresentadas reações de
dissociação em fase gás de alguns compostos orgânicos.
A. Estabeleça uma ordem crescente de acidez desses compostos, justificando sua
resposta.
Expectativa de resposta: Ordem crescente de acidez = etanol < fenol < ácido acético.
Essa ordem pode ser justificada pelo efeito intrínseco de ressonância causado pela
carbonila (C=O) e pelo anel aromático, sobre a estabilização dos íons carboxilato e
fenolato, em comparação ao íon etóxido. O acetato é mais estável do que o etóxido, pois
duas estruturas canônicas de mesma energia podem ser escritas para este ânion,
distribuindo a carga negativa entre dois átomos eletronegativos, enquanto no etóxido
um único átomo de oxigênio porta a carga negativa. Por outro lado, o fenolato é mais
estável do que o etóxido porque cinco estruturas canônicas podem ser escritas para este
ânion. Entretanto, o fenolato é menos estável do que o carboxilato em razão de três das
suas formas canônicas apresentarem carga negativa situada em átomos de carbono,
resultando em menor contribuição das mesmas.
B. No esquema abaixo, há uma comparação da basicidade da anilina e da amônia na
fase gás e em água. A partir dos dados termodinâmicos, explique a inversão de
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Questão 1. (X pontos) A acidez e a basicidade de compostos orgânicos podem ser influenciadas por diversos fatores, dentre os quais a ressonância, citada como um exemplo de fator intrínseco. No esquema abaixo, estão apresentadas reações de dissociação em fase gás de alguns compostos orgânicos.

A. Estabeleça uma ordem crescente de acidez desses compostos, justificando sua resposta. Expectativa de resposta : Ordem crescente de acidez = etanol < fenol < ácido acético. Essa ordem pode ser justificada pelo efeito intrínseco de ressonância causado pela carbonila (C=O) e pelo anel aromático, sobre a estabilização dos íons carboxilato e fenolato, em comparação ao íon etóxido. O acetato é mais estável do que o etóxido, pois duas estruturas canônicas de mesma energia podem ser escritas para este ânion, distribuindo a carga negativa entre dois átomos eletronegativos, enquanto no etóxido um único átomo de oxigênio porta a carga negativa. Por outro lado, o fenolato é mais estável do que o etóxido porque cinco estruturas canônicas podem ser escritas para este ânion. Entretanto, o fenolato é menos estável do que o carboxilato em razão de três das suas formas canônicas apresentarem carga negativa situada em átomos de carbono, resultando em menor contribuição das mesmas.

B. No esquema abaixo, há uma comparação da basicidade da anilina e da amônia na fase gás e em água. A partir dos dados termodinâmicos, explique a inversão de

basicidade que ocorre ao compararmos as dissociações da anilina e da amônia, enfatizando o efeito do solvente.

Expectativa de resposta : A partir dos dados obtidos na fase gás, pode ser observado que a anilina é intrinsecamente mais básica do que a amônia, pois os elétrons do anel aromático, que são altamente polarizáveis, ajudam a estabilizar a carga positiva do nitrogênio no íon anilínio. Por outro lado, a água como solvente, não só diminui as entalpias das duas reações, como também altera a ordem de acidez. Em meio aquoso, é a dissociação do anilínio que possui o menor valor de ΔGo^. Assim, a menor basicidade da anilina em relação à amônia em fase aquosa origina-se do efeito do solvente. Em água, o amônio é mais solvatado que o anilínio, devido ao maior número de hidrogênios solvatáveis por ligações de hidrogênio (4H no amônio e 3H no anilínio), bem como o maior impedimento estérico que o anel aromático causa ao nitrogênio, dificultando a sua solvatação. Do ponto de vista entálpico, os dados mostram que o amônio é mais solvatado e, por isso, o seu ΔHo^ é mais influenciado pelo solvente (amônio solvatado mais estável entalpicamente desfavorece a dissociação). O termo entrópico também favorece a dissociação do anilínio sobre o amônio, pois sendo este cátion bem mais estável, requer menos solvatação, aumentando assim a entropia dos reagentes em comparação à entropia dos produtos (íon hidrônio mais solvatado do que o íon anilínio).