Ka e a força dos ácidos

RKA2G Vamos dar uma olhada nesta reação ácido-base, onde a água vai funcionar como a base, que vai pegar um próton do ácido genérico HA. Um destes pares de elétrons da água vai pegar este próton, deixando estes elétrons em A. Agora o oxigênio vai estar ligado a: 1, 2, 3 hidrogênios, que foi o que ele pegou do ácido, o que vai deixá-lo com uma carga formal positiva. Vamos seguir esses elétrons, então. Estes elétrons aqui, que eu estou pintando em vermelho, pegaram este próton e agora estão fazendo esta ligação. E estes elétrons aqui, em verde, vão formar o A⁻. Então, aqui a gente vai ter também o A, vou desenhar os dois elétrons em verde, que deixam o A com uma carga formal negativa. Agora vamos analisar o que aconteceu aqui. O HA doou um próton. Então, ele atuou como o ácido de Brönsted-Lowry. Quando ele doa um próton, a gente fica com uma base conjugada que, neste caso, vai ser o A⁻. A água atuou como um aceptor de prótons. Então, ela atuou como a base de Brönsted-Lowry. Quando a gente adiciona esse próton na água, fica com um ácido conjugado que, neste caso, vai ser o íon hidrônio. Então, a gente tem o hidrônio funcionando como ácido e o A⁻ funcionando como base. A gente pode pensar na reação inversa, do H₃O⁺ doando um próton para o A⁻, gerando água e HA. Uma vez que essa reação atinge o equilíbrio, a gente pode escrever uma expressão de equilíbrio para ela. Para isso, vamos considerar as coisas aqui da esquerda como reagentes e as coisas aqui da direita como produtos. Agora, vamos escrever a expressão de equilíbrio. A gente tem a constante de equilíbrio, Ka, que é a constante de ionização ácida, ou ela pode ser chamada também de constante de dissociação ácida. Quando estamos escrevendo a expressão de equilíbrio, a gente sabe que vai colocar a concentração dos produtos sobre a concentração dos reagentes. Então, os produtos são: o íon hidrônio (então, vamos ter a concentração do H₃O⁺), vezes a concentração do A⁻. E, para os reagentes, a gente tem a concentração do ácido HA. A água fica de fora da expressão de equilíbrio. Vamos continuar com essa ideia de escrever a expressão de ionização e vamos ver agora um exemplo de um ácido forte. O HCl vai ser o ácido de Brönsted-Lowry, que vai doar um próton para a água, que, então, vai ser a base de Brönsted-Lowry. A gente pensa em um par de elétrons da água pegando este próton e deixando estes elétrons aqui para trás. O oxigênio, agora, está ligado a 1, 2, 3 hidrogênios, porque ele pegou um próton, o que dá para ele uma carga formal positiva. De novo, a gente vai seguir os elétrons. Aqui, os elétrons em vermelho pegaram este próton e agora formam esta ligação. E estes elétrons aqui, em verde, foram deixados no cloro. Vamos mostrar isso, então. Aqui a gente tem o cloro, com os três pares de elétrons que ele já tinha, mais os elétrons em verde, que ficaram nele agora, dando uma carga formal negativa para esse cloro. O jeito mais fácil de escrever essa reação seria como está aqui embaixo: H₂O + HCl, gerando H₃O⁺, o íon hidrônio, mais Cl⁻. É só um jeito mais rápido de escrever essa reação. O HCl é um ácido forte, o que quer dizer que ele doa prótons muito facilmente. Então, a gente pode dizer que esse processo ocorre 100%, que a ionização está próxima de 100%. O equilíbrio está tão deslocado para a direita que eu posso desenhar só a seta da direita. E, se a ionização é próxima de 100%, quer dizer que há uma conversão quase total dos reagentes nestes produtos aqui. Vamos escrever a expressão de equilíbrio para esta reação. Ka vai ser igual à concentração dos produtos (H₃O⁺ vezes a concentração do Cl⁻), sobre a concentração dos reagentes, sobre a concentração do HCl. E a água fica de fora. Se a gente está pensando em uma ionização próxima de 100%, quer dizer que o numerador vai ser um número muito grande e o denominador vai ser um número pequeno. E isso quer dizer que o Ka vai ser um número muito maior do que 1. É assim que a gente reconhece um ácido forte, quando a constante de ionização ácida é muito maior do que 1. Agora, vamos pensar um pouco sobre a base conjugada. Voltando aqui para cima, a gente tem o HCl como o ácido, então, a base conjugada vai ser o Cl⁻. E, quanto mais forte for o ácido, mais fraca vai ser a base conjugada. Então, aqui a gente tem o HCl como ácido. Ele é um ácido forte, o que quer dizer que Cl⁻ vai ser uma base fraca. Para entender isso um pouco melhor, a gente pode pensar na competição entre as bases. Aqui do lado esquerdo a gente tem o H₂O, tentando pegar um próton do HCl para fazer essa reação da esquerda para a direita. E aqui na direita, a gente tem o Cl⁻ como base, tentando pegar um próton do íon hidrônio para fazer a reação da direita para a esquerda. Mas o HCl é muito bom em doar prótons. Isso significa que o Cl⁻ não é tão bom em pegá-los. Então, de novo, quanto mais forte o ácido, mais fraca é a base conjugada. Também a água é uma base muito mais forte do que o Cl⁻. Para finalizar, vamos dar uma olhada no ácido acético. O ácido acético vai ser o ácido de Brönsted-Lowry e a água vai ser a base de Brönsted-Lowry. Um par de elétrons solitários vai pegar este próton, deixando estes elétrons para trás. Vamos em frente e desenhar os produtos. Aqui, o primeiro produto vai ser o íon acetato. E agora, este oxigênio perdeu um próton, então, ele vai ter três pares solitários de elétrons e uma carga formal negativa. E a gente vai formar também um íon hidrônio. Este oxigênio vai estar ligado, agora, a 3 hidrogênios, o que dá para ele uma carga formal positiva. Vamos seguir agora os elétrons. Estes elétrons aqui, em verde, foram deixados no oxigênio. São esses elétrons aqui que deram uma carta formal negativa para o oxigênio. E os elétrons aqui, em vermelho, pegaram este próton, fazendo essa ligação entre o hidrogênio e o oxigênio. Outra forma de escrever essa reação seria como está aqui embaixo, onde a gente tem o ácido acético (CH₃COOH), mais H₂O. E a gente vai ficar com o acetato (CH₃COO⁻), mais o hidrônio (H₃O⁺). O ácido acético é um ácido fraco e os ácidos fracos não são muito bons em doar prótons. Então, o ácido acético vai se manter relativamente protonado. Quando a gente escrever a reação de equilíbrio, vamos ter uma concentração relativamente alta dos reagentes. Então, vamos escrever aqui a expressão de equilíbrio. Ka vai ser igual à concentração dos produtos (o acetato, CH₃COO⁻), vezes a concentração do hidrônio (H₃O⁺), sobre a concentração do ácido acético, porque a gente deixa a água de fora. Então, sobre a concentração de CH₃COOH. Neste caso, o equilíbrio está deslocado para a esquerda, porque o ácido acético não é muito bom em doar este próton. Isso quer dizer que o denominador vai ser um número muito grande e o numerador vai ser um número muito pequeno. E, quando a gente divide um número pequeno por um número grande, isso quer dizer que Ka vai ser um número muito menor do que 1. Esta é uma das formas de se reconhecer um ácido fraco: olhando para o valor do Ka.