O álcool butílico
tem temperatura de ebulição maior do que a de seu isômero éter dietílico
contra
. Porém, ambos têm solubilidade em água de
. Explique, com base na polaridade de ligações químicas e nas forças intermoleculares.
Passo 1
O que o enunciado fornece e o que ele pede (peguei estes dados do enunciado):
- Molécula A (álcool butílico):
. Ponto de ebulição: . - Molécula B (éter dietílico):
. Ponto de ebulição: . - Solubilidade na água de ambas:
.
O que é pedido:
- Explicar, com base na polaridade das ligações e nas forças intermoleculares, por que o álcool butílico tem ponto de ebulição muito maior que o éter dietílico, enquanto ambos apresentam solubilidade na água de
.
Passo 2
Polaridade das ligações — conceitos e aplicação às duas moléculas.
- Regra rápida: a polaridade de uma ligação depende da diferença de eletronegatividade entre os átomos. Oxigênio
é bem mais eletronegativo que carbono e hidrogênio ; logo ligações e são polares. - Na representação:
- Para o álcool:
é polar e há uma ligação muito polar (o H ligado ao O fica com carga parcial positiva). - Para o éter: existem duas ligações
polares, mas não há ; todos os estão ligados a (ligações pouco polares).
- Para o álcool:
- Conclusão prática: o álcool possui o grupo
com um hidrogênio eletronegativo ligado ao oxigênio — isto é crucial para o tipo de interação intermolecular que a molécula pode fazer.
Passo 3
Tipos de forças intermoleculares relevantes — definição e como aparecem nos dois compostos.
- Forças de London (dispersão): existem entre todas as moléculas; aumentam com a massa e a superfície de contato hidrofóbica (cadeia de C).
- Interações dipolo–dipolo: aparecem quando moléculas possuem dipolos permanentes (por exemplo devido a
). - Ligações de hidrogénio (hydrogen bonding): caso especial e mais forte de dipolo–dipolo. Ocorre quando há um H ligado a O, N ou F, podendo interagir fortemente com pares não ligantes de O, N ou F em outra molécula.
- Aplicando aos compostos:
-
(álcool): pode doar e aceitar ligações de hidrogénio entre moléculas álcool–álcool (o doa H; o par livre do O aceita). Portanto há redes de H‑ligação alcoólico‑alcoólico. -
(éter): o oxigénio tem pares não ligantes e pode aceitar H‑ligação, mas não há para doar H‑ligação intermolecular entre éteres; logo entre moléculas de éter só há dipolo–dipolo + dispersão, sem doação de H‑ligação forte.
-
Passo 4
Por que o álcool butílico tem ponto de ebulição muito maior.
- O ponto de ebulição aumenta quando as forças intermoleculares que mantêm as moléculas juntas no líquido são mais fortes — é preciso mais energia térmica para separá-las.
- Ambos têm massas e tamanhos parecidos, então as forças de dispersão (London) são semelhantes. A diferença importante é que o álcool forma ligações de hidrogénio intermoleculares fortes entre moléculas vizinhas, enquanto o éter não pode formar H‑ligações do tipo doador entre moléculas iguais.
- Consequência: no álcool há uma rede de interações mais fortes (H‑ligações) → necessidade de muito mais energia para vaporizar →
para o butanol. No éter, interações mais fracas (dipolo e dispersão) → menos energia para vaporizar → .
Passo 5
Por que, então, a solubilidade em água é semelhante (
) apesar da diferença de ponto de ebulição.
- Conceito breve de solubilidade (termodinâmica): a dissolução é favorável se a variação de energia livre
for negativa, onde é a variação de entalpia (energia, interações formadas/rompidas) e é a variação de entropia (ordem/desordem). - Interações soluto–solvente:
- O álcool pode formar ligações de hidrogénio com água tanto como doador quanto como aceitador (grupo
), o que é energeticamente favorável (bom ). - O éter não doa H, mas o seu oxigénio aceita H‑ligações da água — também há interações favoráveis com água.
- O álcool pode formar ligações de hidrogénio com água tanto como doador quanto como aceitador (grupo
- Efeito hidrofóbico da cadeia de carbono:
- Ambas as moléculas têm cadeias hidrocarbonadas de quatro carbonos. Essas cadeias são apolares e provocam uma perturbação na rede de H‑ligações da água: para acomodar o soluto a água precisa organizar-se rigidamente ao redor da parte apolar, o que reduz a entropia (negativo
). - Para que a dissolução ocorra, o ganho entálpico por interações O–H (ou O como aceitador) tem de compensar a perda entálpica ao romper algumas interações água–água e a perda de entropia por organizar a água. No caso dessas moléculas com 4 carbonos, esse balanço fica desfavorável em grande escala.
- Ambas as moléculas têm cadeias hidrocarbonadas de quatro carbonos. Essas cadeias são apolares e provocam uma perturbação na rede de H‑ligações da água: para acomodar o soluto a água precisa organizar-se rigidamente ao redor da parte apolar, o que reduz a entropia (negativo
- Resultado prático: apesar do álcool poder fazer H‑ligações fortes, a cadeia C
hidrofóbica é grande o suficiente para limitar a miscibilidade. O éter, embora não doa H, ainda aceita H‑ligações com água; como as cadeias hidrocarbonadas são de tamanho e caráter semelhantes nos dois casos, o efeito hidrofóbico domina e as solubilidades finais ficam parecidas (por volta de ).
Passo 6
Resumo intuitivo com exemplo comparativo (ajuda a lembrar na prova)
- Regra curta para lembrar:
- Presença de
→ possibilidade de ligações de hidrogénio intermoleculares fortes → ponto de ebulição mais alto. - Solubilidade em água diminui quando a cadeia carbônica aumenta; duas moléculas com cadeias similares terão solubilidades semelhantes mesmo que uma faça H‑ligações doadoras e a outra não.
- Presença de
- Exemplos conhecidos para guardar:
-
(metanol) e (etanol) são miscíveis em água porque a parte polar predomina sobre a pequena cadeia C. - À medida que se chega a
(butanol) a cadeia hidrofóbica já pesa muito e a solubilidade cai para poucos por cento — mesmo que o butanol ainda forme H‑ligações fortes entre si (que elevam muito o ponto de ebulição).
-
Passo 7
Conclusão direta e prática para a resposta do enunciado
- O butanol tem ponto de ebulição
muito maior que o éter ( ) porque o butanol forma ligações de hidrogénio intermoleculares fortes (graças ao grupo ), enquanto o éter só apresenta dipolo–dipolo e dispersão entre suas moléculas. - Ambos têm solubilidade em água cerca de
porque as cadeias hidrocarbonadas de quatro carbonos são suficientemente hidrofóbicas para limitar a dissolução; embora o álcool possa doar e aceitar H‑ligações com água e o éter apenas aceite, o efeito hidrofóbico das cadeias de C torna o balanço termo‑dinâmico (entalpia × entropia) parecido, resultando em solubilidades similares.
Resposta
O butanol tem ponto de ebulição muito maior (
vs
) porque possui o grupo
e forma ligações de hidrogénio intermoleculares fortes, exigindo mais energia para vaporizar; o éter só apresenta dipolo–dipolo e dispersão entre moléculas, interações mais fracas.
Ambos têm solubilidade em água próxima a porque as cadeias hidrofóbicas de quatro carbonos tornam a dissolução desfavorável em termos de entropia/entalpia; apesar das diferenças na capacidade de doar/aceitar H‑ligações, o efeito hidrofóbico semelhante das cadeias C
leva a solubilidades finais parecidas.
Ambos têm solubilidade em água próxima a