4ª QUESTÃO (1,5 pontos)
Dê argumentos plausíveis para a seguinte observação: «A temperatura e a pressão críticas diminuem com o aumento da constante a de van der Waals.»
Passo 1
O enunciado pede que a gente dê argumentos para justificar a observação experimental de que, em certas famílias de substâncias, tanto a temperatura crítica
quanto a pressão crítica
diminuem conforme aumenta a constante de atração
do modelo de van der Waals. O conteúdo envolvido é a equação de van der Waals e as fórmulas dos pontos críticos.
Passo 2
Lembrando as fórmulas analíticas da van der Waals para o ponto crítico, em função das constantes
e
:
Se fixássemos
constante, veríamos que
e
crescem com
. Mas a observação afirma justamente o contrário, o que indica que, no mundo real, não mantemos
fixo quando
aumenta.
Passo 3
Na prática, para uma série de moléculas (por exemplo, n-alcanos, haletos de alquila etc.), quanto maior a polarizabilidade e as forças de atração (maior
), maior também é o volume ocupado por cada molécula (maior
). Ou seja,
e
estão correlacionadas:
– cresce porque as moléculas interagem mais fortemente.
– cresce porque molas mais “pesadas” ou ramificadas ocupam mais espaço.
–
–
Passo 4
Como
e
, se
cresce mais rapidamente que
ao longo da série, o quociente
e o quociente
diminuem. Em outras palavras, mesmo que
sozinho tenda a aumentar
e
, o aumento ainda maior de
domina o comportamento e faz com que:
Passo 5
Um exemplo prático é a série dos alcanos:
- Do metano ao decano,
aumenta moderadamente (mais forças de London), - mas
cresce ainda mais (cadeia mais longa ocupa muito mais volume).
Logo,e registrados empiricamente descem conforme subimos na série.
Resposta
A diminuição observada de
e
com o aumento de
decorre do fato de que, nas famílias químicas reais, o crescimento de
vem acompanhado de um aumento ainda maior de
. Como
essas razões caem quando
cresce mais rápido que
, explicando a queda de
e
.