O álcool etílico (
) e o éter dimetílico (
) são isômeros constitucionais, com propriedades físicas e químicas bem distintas. Observe, a seguir, a variação da temperatura de ebulição:
:
;
:
. Explique a diferença verificada.
Comente a observação de que o éter dietílico (
) é facilmente solúvel em ácido sulfúrico concentrado a frio, enquanto o pentano (
) é praticamente insolúvel nas mesmas condições.
Comente a observação de que o éter dietílico (
Passo 1
O enunciado nos dá as seguintes informações e pede explicações:
-
Dois isômeros com fórmula molecular igual
: -
(álcool etílico) tem ponto de ebulição . -
(éter dimetílico) tem ponto de ebulição .
A pergunta: explique por que há essa grande diferença nos pontos de ebulição.
-
-
Observação para comentar:
-
(éter dietílico) é facilmente solúvel em ácido sulfúrico concentrado a frio. -
(pentano) é praticamente insolúvel nessas condições.
A pergunta: explique por que o éter dietílico se dissolve bem no ácido sulfúrico concentrado, enquanto o pentano não.
-
Passo 2
Entender o que controla ponto de ebulição: forças intermoleculares.
- Ponto de ebulição é a temperatura em que as moléculas do líquido têm energia suficiente para vencer as atrações entre si e passar para a fase gasosa. Quanto mais fortes as atrações intermoleculares, maior o ponto de ebulição.
- Principais tipos de forças intermoleculares (da mais fraca para a mais forte, de modo geral):
- Forças de dispersão (de London): aparecem em todas as moléculas; aumentam com a massa molar e com a superfície da molécula (maior superfície → mais área de contato → forças de dispersão maiores).
- Dipolo–dipolo: entre moléculas polares; dependem da magnitude do dipolo elétrico.
- Ligações de hidrogênio: um caso especial forte de interação dipolar, quando há um átomo de hidrogênio ligado a
, ou em uma molécula e esse hidrogênio interage com um par de elétrons livre de , ou de outra molécula. Essas interações são bastante fortes e elevam muito o ponto de ebulição (energia típica maior que a de dipolo–dipolo simples).
Vou sempre relacionar essas ideias com exemplos concretos das moléculas do enunciado.
Passo 3
Comparação direta entre
e
.
-
Estruturas (escrito de forma simplificada):
- Álcool etílico:
. Tem um grupo hidroxila . - Éter dimetílico:
. Tem um oxigênio ligado a duas cadeias metila, sem hidrogênio ligado ao oxigênio.
- Álcool etílico:
-
Consequência estrutural importante:
- Em
o átomo de hidrogênio do grupo pode participar como doador de ligação de hidrogênio para o par livre do oxigênio de outra molécula. Ou seja, cada molécula de álcool pode tanto doar quanto aceitar ligações de hidrogênio, formando uma rede de interações intermoleculares relativamente forte. - Em
o oxigênio tem pares livres e pode aceitar ligações de hidrogênio, mas não possui hidrogênio ligado a para doar. Portanto, o éter só apresenta interação dipolo–dipolo (e dispersão), mas não tem ligações de hidrogênio intermoleculares do tipo .
- Em
-
Impacto no ponto de ebulição:
- Ligações de hidrogênio exigem mais energia para separar as moléculas no aquecimento. Assim, a presença de
e a formação de redes de ligações de hidrogênio em aumentam muito o ponto de ebulição. -
não pode formar essas ligações intermoleculares fortes, então suas forças intermoleculares dominantes são dipolo–dipolo e dispersão — bem mais fracas que as ligações de hidrogênio do álcool — resultando em um ponto de ebulição muito mais baixo, mesmo tendo a mesma fórmula molecular.
- Ligações de hidrogênio exigem mais energia para separar as moléculas no aquecimento. Assim, a presença de
-
Observação adicional sobre massa e forma:
- As duas moléculas têm massas molares muito próximas (mesma fórmula empírica), então a diferença de ponto de ebulição não vem da massa, mas sim da presença/ausência de ligações de hidrogênio e da geometria molecular (éter é mais “compacto”, reduzindo ligeiramente forças de dispersão).
Passo 4
Resumo didático (como lembrar isso na prova):
- Regra prática: se duas moléculas têm massa molar semelhante, compare se alguma delas pode formar ligações de hidrogênio (tem
, , ou ). A que puder formar H‑bond costuma ter ponto de ebulição bem maior. - Exemplo simples extra: água
(forte H‑bond) tem ponto de ebulição ; hidrogênio sulfeto (sem H‑bond forte) ferve a — diferença enorme por causa de H‑bond. - Então, para o enunciado: a grande diferença entre
e é explicada pela presença de ligações de hidrogênio intermoleculares em e sua ausência em .
Passo 5
Agora a segunda observação: solubilidade em ácido sulfúrico concentrado — conceitos úteis.
- Princípio “like dissolves like” (semelhança dissolve semelhança): solventes polares dissolvem solutos polares/ionizáveis; solventes apolares dissolvem solutos apolares por forças de dispersão.
- Ácido sulfúrico concentrado (
) é um solvente extremamente polar, muito prótico e fortemente ácido: fornece prótons e pode formar ligações de hidrogênio muito fortes com solutos que têm pares de elétrons livres. - Substâncias com átomos de oxigênio com pares livres (éteres, álcoois, ésteres, etc.) podem interagir fortemente com
por duas vias principais: - Formação de complexos por ligação de hidrogênio (o oxigênio aceita ligações de hidrogênio do ácido).
- Protonação do oxigênio por
, formando um íon oxônio que é iônico e, portanto, muito solúvel em um meio iônico/polar como o ácido sulfúrico concentrado. Pode-se escrever a etapa de protonação genericamente como
Essa espécie protonada pode ainda associar-se ao ânion formando um par iônico solúvel:
Passo 6
Aplicando ao éter dietílico versus pentano:
- Éter dietílico
: - Possui um átomo de oxigênio com pares livres. Em contato com
concentrado e frio, esse oxigênio pode formar ligações fortes com o ácido e pode ser protonado, gerando espécies mais polares/iónicas ou complexos estáveis. Essas interações tornam o éter miscível/solúvel no ácido. - Mesmo sem reação de quebra (que é possível sob certas condições e com aquecimento), a protonação/complexação basta para explicar a solubilidade “fácil” a frio.
- Possui um átomo de oxigênio com pares livres. Em contato com
- Pentano
: - É um hidrocarboneto apolar, sem pares livres e sem grupos que aceitem prótons. Só interage por forças de dispersão muito fracas com o ácido sulfúrico (que é extremamente polar). Pelo princípio “like dissolves like”, o pentano não se mistura com o ácido e permanece praticamente insolúvel.
- Em palavras amigáveis: o éter “conversa” com o ácido (aceita H‑bond e até pode ser protonado), já o pentano fica “calado” porque não tem o que oferecer ao ácido — por isso separação.
Passo 7
Observações finais curtas e dicas para prova:
- Ao comparar pontos de ebulição de isômeros, verificar presença de grupos
, ou (possível H‑bond) é a primeira coisa a checar. - Para solubilidade em solventes ácidos e polares, verificar se a molécula tem heteroátomos com pares livres (O, N) que podem formar ligações H ou ser protonados; se sim, solubilidade tende a ser boa. Se a molécula é um hidrocarboneto apolar, tende a ser insolúvel.
Resposta
A diferença nos pontos de ebulição deve-se principalmente às forças intermoleculares:
forma extensas ligações de hidrogênio intermoleculares através do grupo
, o que exige muita energia para vaporizar e eleva fortemente o ponto de ebulição;
não tem hidrogênio ligado ao oxigênio, só apresenta dipolo–dipolo e forças de dispersão mais fracas, portanto seu ponto de ebulição é muito mais baixo.
O éter dietílico é facilmente solúvel em
concentrado porque o oxigênio do éter tem pares livres que permitem forte interação com o ácido (complexação por H‑bond e/ou protonação formando
que se associa a
), tornando-o compatível com o meio polar e iônico; o pentano é um hidrocarboneto apolar sem grupos que aceitem prótons e, portanto, não interage bem com o ácido polar, permanecendo praticamente insolúvel.