Analise as seguintes substâncias puras:
I. Água \left(\mathrm{H}_{2} \mathrm{O}\right) II. Metano \left(\mathrm{CH}_{4}\right) III. Clorometano \left(\mathrm{CH}_{3} \mathrm{Cl}\right)
a) Classifique as principais forças intermoleculares presentes em cada uma dessas substâncias.
b) Explique por que o metano e o clorometano são gasosos à temperatura ambiente enquanto a água é líquida.
c) Ordene as substâncias do menor para o maior ponto de ebulição e justifique.

Passo 1

O enunciado pede três coisas sobre as substâncias puras água \left(\mathrm{H}_2\mathrm{O}\right), metano \left(\mathrm{CH}_4\right) e clorometano \left(\mathrm{CH}_3\mathrm{Cl}\right):
  1. Classificar as principais forças intermoleculares em cada uma.
  2. Explicar por que metano e clorometano são gasosos à temperatura ambiente, enquanto água é líquida.
  3. Ordenar as substâncias do menor para o maior ponto de ebulição.
    Para isso vamos usar conceitos de polaridade molecular, forças de London (dispersion), dipolo–dipolo e ligação de hidrogênio.

Passo 2

Classificação das forças intermoleculares em cada substância:
– Para a água \mathrm{H}_2\mathrm{O}: molécula polar com átomos de hidrogênio ligados a oxigênio muito eletronegativo, então apresenta
\text{ligação de hidrogênio} > \text{dipolo–dipolo} > \text{forças de London.}çãêç
– Para o metano \mathrm{CH}_4: molécula apolar, logo só há \text{forças de London (dispersion).}ç
– Para o clorometano \mathrm{CH}_3\mathrm{Cl}: molécula polar (C–Cl é polar) sem hidrogênio diretamente ligado a Cl, portanto apresenta \text{dipolo–dipolo} > \text{forças de London.}ç

Passo 3

Explicação dos estados à temperatura ambiente \approx25\,^\circ\mathrm{C}:
– A água tem ligação de hidrogênio forte, resultando em ponto de ebulição 100\,^\circ\mathrm{C}. A 25\,^\circ\mathrm{C} ela permanece no estado líquido.
– O metano só tem forças de London muito fracas, com ponto de ebulição -161\,^\circ\mathrm{C}, bem abaixo de 25\,^\circ\mathrm{C}, por isso é gasoso.
– O clorometano tem dipolo–dipolo e London, seu ponto de ebulição é \approx6,7\,^\circ\mathrm{C}, ainda abaixo de 25\,^\circ\mathrm{C}, ficando também no estado gasoso.

Passo 4

Ordenação dos pontos de ebulição (menor → maior) e justificativa:
\mathrm{CH}_4: -161\,^\circ\mathrm{C} (apolar, só London, forcas bem fracas)
\mathrm{CH}_3\mathrm{Cl}: \approx6,7\,^\circ\mathrm{C} (dipolo–dipolo + London, moderado)
\mathrm{H}_2\mathrm{O}: 100\,^\circ\mathrm{C} (ligação de hidrogênio, muito forte)

Resposta

a) Para \mathrm{H}_2\mathrm{O}: ligação de hidrogênio, dipolo–dipolo e London;
Para \mathrm{CH}_4: apenas forças de London;
Para \mathrm{CH}_3\mathrm{Cl}: dipolo–dipolo e London.
b) Metano e clorometano têm forças intermoleculares fracas (London ou dipolo–dipolo + London) e ebulições muito abaixo de 25\,^\circ\mathrm{C}, ficando gases; a água forma ligações de hidrogênio fortes e ferve a 100\,^\circ\mathrm{C}, portanto é líquida à temperatura ambiente.
c) \mathrm{CH}_4 < \mathrm{CH}_3\mathrm{Cl} < \mathrm{H}_2\mathrm{O} em ponto de ebulição.

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