3F. 16 Explique a diferença nos pontos de ebuliçâo do
e
.
Passo 1
O enunciado dá dois pontos de ebulição e pede para explicar a diferença entre eles. Dados que vamos usar:
- Ponto de ebulição de
: . - Ponto de ebulição de
: .
A pergunta é: por que
e
têm pontos de ebulição tão diferentes?
Passo 2
Conceito importante — do que depende o ponto de ebulição: o ponto de ebulição de uma substância depende principalmente da intensidade das forças intermoleculares entre suas moléculas. Principais tipos de forças intermoleculares (da mais fraca para a mais forte, em termos gerais para moléculas neutras simples):
- Forças de dispersão de London (origem em flutuações temporárias de carga; aumentam com massa molar e polarizabilidade).
- Dipolo–dipolo (entre moléculas permanentemente polares).
- Ligação de hidrogênio (caso haja H ligado a F, O ou N — não se aplica aqui).
Quanto maiores e mais fortes essas interações, maior a energia necessária para separar as moléculas (logo, maior o ponto de ebulição).
Passo 3
Calcular massas molares aproximadas (para ver se massa explica a diferença):
- Massa atômica aproximada:
, . - Massa molar de
:
- Massa molar de
:
Observação: as massas molares são muito parecidas (
vs
g·mol
), então a diferença de ponto de ebulição não pode ser explicada apenas pela massa molar simples.
Passo 4
Estruturas eletrônicas e comportamento químico que importam aqui:
-
é um radical (tem um elétron desemparelhado) e existe em equilíbrio químico com seu dímero:
Esse dímero
é uma espécie covalente com massa molar aproximadamente o dobro:
À temperatura ambiente a mistura contém uma fração significativa de
; ao resfriar o equilíbrio desloca para o dímero. O dímero (
) tem massa bem maior e, por isso, forças de dispersão muito mais fortes que as de uma molécula monomérica leve.
Passo 5
Conseqüências práticas da dimerização de
:
- No estado líquido/condensado perto de
a amostra contém muito (massa molar ~ g·mol ), que aumenta fortemente as forças de dispersão e, portanto, reduz a pressão de vapor; o resultado é um ponto de ebulição elevado (por volta de ). - Além disso, a dimerização elimina o elétron desemparelhado, favorecendo ligações intermoleculares mais estáveis entre unidades maiores.
Passo 6
O que acontece com
:
-
(óxido nitroso) é uma molécula estável, linear, de massa molar menor ( ) e não forma dímeros robustos sob condições normais. - Como não dimeriza e é relativamente pequena e pouco polarizável, suas únicas forças intermoleculares significativas são forças de dispersão de London fracas (e dipolos muito fracos, se presentes). Isso explica um ponto de ebulição muito baixo:
.
Passo 7
Resumo e comparação direta:
- Para
: existe equilíbrio com ; em condições próximas à temperatura ambiente há muito , que tem massa molar elevada e, portanto, fortes forças de dispersão → ponto de ebulição alto ( ). - Para
: molécula pequena, não dimeriza, forças intermoleculares fracas → ponto de ebulição muito baixo ( ).
Resposta
A principal razão é que
dimeriza formando
(
), de massa molar cerca do dobro (
), o que aumenta muito as forças de dispersão e eleva o ponto de ebulição até
;
é uma molécula menor (
), não dimeriza e só apresenta forças intermoleculares fracas, por isso seu ponto de ebulição é muito mais baixo (
).