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Análise Química de Ácidos e Bases Orgânicos: Teorias e Forças, Notas de estudo de Química Aplicada

Uma análise detalhada sobre as teorias ácido-base, com ênfase na força de ácidos e bases orgânicos. O texto aborda as teorias de bronsted-lowry e lewis, explicando os conceitos de ácido/base conjugados, constante de equilíbrio (k) e potencial (pk), e a relação entre a acidez e a autoionização da água.

Tipologia: Notas de estudo

2022

Compartilhado em 09/11/2022

beatriz-mariana-de-castro-menezes
beatriz-mariana-de-castro-menezes 🇧🇷

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Acid  Basicidad Orgânic
Em geral, reações ácido-base
são rápidas e reversíveis,
estabelecendo um equilíbrio
químico, o qual deve ser
avaliado termodinamicamente.
Estamos interessados na força
dos ácidos e bases e, para isso,
faremos uma análise da
constante de equilíbrio (K) e do
seu potencial (pK).
TEORIAS ÁCIDO-BASE
A) Bronsted-Lowry:
-ácido: doa próton
-base: recebe próton
Surge o conceito de
ácido/base conjugados,
baseado na reversibilidade das
reações.
Ácido (HA) doa seu próton e
torna-se base conjugada e a
base (B) ao receber o próton
torna-se um ácido conjugado.
𝐻𝐴 + 𝐵 ⇄ 𝐴+ 𝐵𝐻+
É importante analisar a
constante de dissociação do
ácido (Ka) para aferir a acidez
da espécie.
𝐻𝐴 + 𝐻2𝑂 ⇄ 𝐻3𝑂++𝐴
e
𝐾𝑎= [𝐻3𝑂+][𝐴]
[𝐻𝐴] 𝑝𝐾𝑎=−𝑙𝑜𝑔 𝐾𝑎
Por convenção, dizemos que:
= ↓ = ↑ acidez
𝐾𝑎 𝑝𝐾𝑎
Cuidado: a acidez só pode ser
comparada se as espécies
estiverem sob o mesmo solvente.
Quando o interesse é avaliar a
basicidade, utiliza-se a
constante de basicidade (Kb).
𝐻2𝑂+𝐵 ⇄ 𝐻𝐵++𝑂𝐻
e
𝐾𝑏= [𝐻𝐵+][𝑂𝐻]
[𝐵] 𝑝𝐾𝑏=−𝑙𝑜𝑔 𝐾𝑏
Quanto mais forte o ácido,
mais fraca a sua base
conjugada. E em geral, se você
só tiver o pKa das espécies,
quanto maior o pKa do ácido
conjugado, mais forte será a sua
base.
Os ácidos cujo não
𝑝𝐾𝑎16
podem ser medidos em água.
Há uma relação direta entre o
potencial ácido/básico e a
autoionização da água:
𝑝𝐾𝑎+𝑝𝐾𝑏=𝑝𝐾𝑤=14
B) Lewis
- ácido: recebe par de
elétrons → ELETRÓFILO
substância deficiente em
elétrons
- base: doa par de elétrons
NUCLEÓFILO
substância rica em
elétrons
ANÁLISE TERMODINÂMICA DA
ACIDEZ/BASICIDADE
A posição do equilíbrio em
uma reação ácido-base pode
ser estimada pelas diferenças
nos valores dos pKs dos ácidos
em questão (ácido e ácido
conjugado).
Termodinamicamente, temos:
∆𝐺°=−2, 303𝑅𝑇 𝑙𝑜𝑔𝐾𝑎
e ainda: .
∆𝐺°=∆𝐻°𝑇∆𝑆°
O equilíbrio estará deslocado
para o ácido mais fraco (↑pKa),
Feito por @diogolimx
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Acid Basicidad Orgânic

Em geral, reações ácido-base são rápidas e reversíveis, estabelecendo um equilíbrio químico, o qual deve ser avaliado termodinamicamente. Estamos interessados na força dos ácidos e bases e, para isso, faremos uma análise da constante de equilíbrio (K) e do

seu potencial (pK).

TEORIAS ÁCIDO-BASE

A) Bronsted-Lowry:

  • ácido: doa próton
  • base: recebe próton Surge o conceito de ácido/base conjugados , baseado na reversibilidade das reações. Ácido (HA) doa seu próton e torna-se base conjugada e a base (B) ao receber o próton torna-se um ácido conjugado. 𝐻𝐴 + 𝐵 ⇄ 𝐴 −
  • 𝐵𝐻

É importante analisar a constante de dissociação do ácido (Ka) para aferir a acidez da espécie. 𝐻𝐴 + 𝐻 2

3

  • 𝐴 − 𝐾𝑎 = e [𝐻 3 𝑂

][𝐴 − ] [𝐻𝐴] 𝑝𝐾𝑎 =− 𝑙𝑜𝑔 𝐾𝑎 Por convenção, dizemos que: 𝐾𝑎 = ↓ 𝑝𝐾𝑎 = ↑ acidez Cuidado: a acidez só pode ser comparada se as espécies estiverem sob o mesmo solvente. Quando o interesse é avaliar a basicidade, utiliza-se a constante de basicidade (Kb).

2

  • 𝑂𝐻 − 𝐾𝑏 = e [𝐻𝐵+][𝑂𝐻−] [𝐵]

Quanto mais forte o ácido, mais fraca a sua base conjugada. E em geral, se você só tiver o pKa das espécies, quanto maior o pKa do ácido conjugado, mais forte será a sua base. Os ácidos cujo 𝑝𝐾 não 𝑎

podem ser medidos em água. Há uma relação direta entre o potencial ácido/básico e a autoionização da água: 𝑝𝐾𝑎 + 𝑝𝐾𝑏 = 𝑝𝐾𝑤 = 14 B) Lewis

- ácido: recebe par de elétrons → ELETRÓFILO → substância deficiente em elétrons - base: doa par de elétrons → NUCLEÓFILO → substância rica em elétrons ANÁLISE TERMODINÂMICA DA ACIDEZ/BASICIDADE A posição do equilíbrio em uma reação ácido-base pode ser estimada pelas diferenças nos valores dos pKs dos ácidos em questão (ácido e ácido conjugado). Termodinamicamente, temos: ∆𝐺° =− 2, 303𝑅𝑇 𝑙𝑜𝑔𝐾𝑎 e ainda: ∆𝐺° = ∆𝐻° − 𝑇∆𝑆°. O equilíbrio estará deslocado para o ácido mais fraco (↑pKa), Feito por @diogolimx

Acid Basicidad Orgânic

devido a uma situação de menor energia do sistema. FORÇA DO ÁCIDO Para verificar a força de um ácido, deve-se verificar a estabilização da base conjugada. Quanto mais estável a base conjugada, mais forte é o ácido. ● Para elementos do mesmo grupo: quanto maior o volume do átomo ligado ao H ácido, mais forte é o ácido. ● Para elementos do mesmo período: quanto maior a eletronegatividade do átomo ligado ao H ácido, mais forte é o ácido. ● Quando analisamos a superfície da molécula

  • Em fase gás: quanto maior a estrutura, maior a acidez
  • Em solução: o solvente estabiliza a base conjugada por solvatação então, quanto menor o volume, maior a solvatação e maior a acidez. ● Para o mesmo átomo, com hibridizações diferentes, quanto maior o caráter p, mais dispersa estará a carga negativa, e mais será o ácido. ● A presença de efeitos eletrônicos também é muito importante. Quanto mais próximo o sítio ácido estiver de um grupo retirador de densidade, mais ácida será a espécie. A posição e a direção do grupo retirador afetam a acidez. Efeitos mesoméricos na base conjugada, podem trazer maior estabilidade, logo o ácido será mais forte. Grupos retiradores de densidade (-I) em posição orto oupara estabilizam fortemente o ácido (no caso de um anel benzênico). Se a espécie tem mais de um substituinte, maior a acidez devido a uma maior estabilização da base conjugada. FORÇA DA BASE O raciocínio é análogo ao das ácidos. Deve-se avaliar a estabilidade do ácido conjugado. Quanto mais estável ele for, mais forte será a base. Quanto mais disponível o par eletrônico da base estiver, maior será a basicidade da espécie. Quantitativamente, deve-se verificar o pKa do ácido conjugado. Quanto maior ele for, mais forte é a base. Em química orgânica, em geral bases nitrogenadas, como amidina e guanidina, são mais fortes do que as bases oxigenadas. Feito por @diogolimx