A acetona (propanona) é muito utilizada como um solvente industrial. Responda:
Quais forças intermoleculares existem entre as moléculas de acetona?

Passo 1

Enunciado claro: responder à pergunta “Quais forças intermoleculares existem entre as moléculas de acetona (propanona)?”. Informações relevantes dadas ou óbvias sobre o problema:
  • A acetona também chamada de propanona tem fórmula molecular \mathrm{C_3H_6O}.
  • Estrutura simplificada: \mathrm{CH_3{-}CO{-}CH_3}, ou em forma de grupo funcional, um grupo carbonila (\mathrm{C=O}) ligado a dois grupos metila.
  • A molécula tem oxigénio com pares de eletrões não ligantes e uma distribuição de cargas que gera um dipolo na ligação \mathrm{C=O}.

Passo 2

Conceito — tipos principais de forças intermoleculares (resumo didático):
  • Forças de dispersão de London: estão presentes em todas as moléculas; vêm de flutuações instantâneas na distribuição eletrónica que induzem dipolos temporários.
  • Forças dipolo–dipolo: ocorrem entre moléculas que têm dipolo permanente; dipolos opostos atraem-se.
  • Forças dipolo–induzido (dipolo–induced dipole): uma molécula polar pode polarizar (induzir um dipolo em) uma molécula apolar próxima.
  • Ligações de hidrogénio (H-bonds): caso especial e forte de interação onde um átomo de hidrogénio ligado a um átomo muito eletronegativo (O, N ou F) interage com um par isolado de outra molécula. Regras práticas: para haver doação forte de H-bond a molécula precisa ter um H ligado a O, N ou F; para ser aceitador basta ter pares isolados (como O).

Passo 3

Aplicando a teoria à acetona — presença de dispersão:
  • Toda molécula tem forças de London; portanto, entre moléculas de acetona existem forças de dispersão de London.
  • Explicação simples: os eletrões nas nuvens da acetona flutuam, criando dipolos instantâneos que atraem dipolos instantâneos em moléculas vizinhas. Isto existe mesmo que a molécula seja polar.

Passo 4

Aplicando a teoria à acetona — dipolo permanente e dipolo–dipolo:
  • A acetona é polar devido ao grupo carbonila. Na ligação \mathrm{C=O} o oxigénio é mais eletronegativo do que o carbono, logo apresenta carga parcial negativa e o carbono parcial positiva: \mathrm{O}:\\ \delta^-, \mathrm{C\,(carbonila)}\\ \delta^+.
  • A molécula tem um momento dipolar resultante (valor experimental aproximadamente \approx 2{,}88\\ \mathrm{D}).
  • Consequência: moléculas de acetona orientam-se de modo que regiões positivas fiquem próximas de regiões negativas de vizinhas — ou seja, há interacções dipolo–dipolo permanentes entre moléculas de acetona. Essas interacções são mais fortes que dispersão isolada, mas dependem da orientação das moléculas.

Passo 5

Dipolo–induzido (explicação e aplicação):
  • Uma molécula polar como a acetona pode induzir um dipolo em uma molécula apolar próxima (por ex., em hidrocarbonetos), gerando uma interação dipolo–induzido.
  • Na acetona pura isso não é o mecanismo dominante (porque as moléculas vizinhas também são polares), mas é relevante quando acetona está misturada com solventes apolares.

Passo 6

E a ligação de hidrogénio? (critério e situação da acetona)
  • Critério: para doar um H numa hidrogénio forte é preciso ter \mathrm{H} ligado a \mathrm{O}, \mathrm{N} ou \mathrm{F}. Na acetona os hidrogénios estão ligados a carbono ( \mathrm{C-H}), logo a acetona não pode ser doadora de H-bond no sentido clássico.
  • Aceitador: o oxigénio da carbonila tem pares isolados e pode aceitar H-bonds de moléculas que doem H (por ex., água ou álcoois). Assim, a acetona forma H-bonds com água (é por isso que é miscível com água).
  • Entre moléculas de acetona: não há ligações de hidrogénio clássicas fortes (não há \mathrm{O-H} ou \mathrm{N-H} para doar). Existem interacções fracas do tipo \mathrm{C-H\cdots O} (onde hidrogénios de \mathrm{C-H} interagem com o par isolado do O). Essas \mathrm{C-H\cdots O} são muito mais fracas que H-bonds clássicas e, na prática, o que conta entre acetona–acetona é principalmente dipolo–dipolo + dispersão; as \mathrm{C-H\cdots O} só contribuem como efeito secundário fraco.

Passo 7

Comparação de forças e consequências práticas (como lembrar na prova):
  • Ordem de influência entre moléculas de acetona: forças de dispersão (sempre presentes) + forças dipolo–dipolo (importantes porque acetona é polar) são as principais.
  • Ligações de hidrogénio fortes: ausentes entre acetona e acetona (não há doador). Acetona pode atuar apenas como aceitador de H-bond quando há um doador externo (água, álcoois).
  • Dica para prova: ao ver molécula com \mathrm{C=O} e sem \mathrm{O-H} ou \mathrm{N-H}, escreva explicitamente: “dispersionais, dipolo–dipolo; aceita H-bond mas não doa” e, se quiser ser completo, mencione “interacções \mathrm{C-H\cdots O} fracas”.

Resposta

Forças de dispersão de London (presentes sempre).
Forças dipolo–dipolo permanente (porque a acetona é polar, devido à carbonila).
Forças dipolo–induzido (quando misturada com moléculas apolares).
Ligações de hidrogénio fortes: não existem entre moléculas de acetona (a acetona não é doadora). A acetona pode atuar como aceitadora de H-bond com doadores externos (por ex. água). Há ainda interacções \mathrm{C-H\cdots O} muito fracas entre acetona–acetona.

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