Com base nas forças intermoleculares esperadas, que halogênio tem o ponto de ebulição mais elevado?
Passo 1
O enunciado pergunta, de forma direta: qual dos halogênios listados tem o ponto de ebulição mais elevado?
As espécies fornecidas são:
As espécies fornecidas são:
O objetivo é apontar qual dessas quatro moléculas tem o maior ponto de ebulição.
Passo 2
Identificar que tipo de moléculas temos e quais forças intermoleculares podem ocorrer.
Todas as espécies dadas são moléculas diatômicas homonucleares (duas átomos iguais ligadas): . Isso implica que elas são apolares (não há diferença de eletronegatividade entre os átomos). Para moléculas apolares, a força intermolecular dominante é a força de dispersão de London (forças de indução por dipolos instantâneos). Não entram em jogo ligações de hidrogênio nem dipolo-dipolo permanente aqui.
Todas as espécies dadas são moléculas diatômicas homonucleares (duas átomos iguais ligadas):
Explicando de forma bem simples o que são forças de dispersão de London:
- São causadas por flutuações momentâneas na distribuição eletrônica que geram dipolos instantâneos.
- Esses dipolos instantâneos induzem dipolos em moléculas vizinhas, gerando atração.
- Quanto mais “facilmente deformável” for a nuvem eletrônica (maior polarizabilidade), mais fortes essas forças serão.
Passo 3
Agora precisamos relacionar polarizabilidade (força das forças de dispersão) com propriedades das moléculas. Três pontos-chave:
- Polarizabilidade cresce com o número de elétrons e com o tamanho/raio atômico: átomos maiores têm elétrons mais frouxos e, portanto, nuvens eletrônicas mais polarizáveis.
- Para halogênios diatômicos, o aumento do tamanho segue a coluna da tabela periódica:
. - Assim, a polarizabilidade e, por consequência, a intensidade das forças de dispersão aumentam conforme descemos o grupo.
Para ter uma noção numérica da massa molecular (que correlaciona com o número de elétrons), podemos aproximar as massas molares:
-
massa molar aproximadamente . -
massa molar aproximadamente . -
massa molar aproximadamente . -
massa molar aproximadamente .
Esses números mostram claramente que
tem bem mais massa e elétrons que os outros, portanto maior polarizabilidade.
Passo 4
Ligar força intermolecular ao ponto de ebulição. Conceito: o ponto de ebulição é a temperatura em que a energia térmica vence as forças intermoleculares que mantêm a substância no estado líquido; quanto mais fortes as forças intermoleculares, maior a energia necessária e, portanto, maior o ponto de ebulição.
Como aqui a interação relevante são forças de dispersão, e essas crescem com polarizabilidade (que cresce com massa/volume eletrônica), esperamos que o ponto de ebulição aumente na mesma ordem do aumento de massa/polarizabilidade.
Passo 5
Aplicando a regra para os quatro halogênios dados: já que a polarizabilidade segue
, então os pontos de ebulição seguirão a mesma ordem crescente:
Observação prática (útil para prova):
e
são gases a temperatura ambiente,
é líquido e
é sólido (ou sublima), o que já indica qualitativamente que
tem o maior ponto de ebulição.
Passo 6
Breve comentário sobre possíveis exceções ou fatores adicionais (para você não se preocupar na prova): em alguns casos a forma molecular (ramificada vs. linear) e empacotamento no estado sólido podem afetar ligeiramente pontos de ebulição, mas aqui todas são diatômicas lineares e o efeito dominante é mesmo a polarizabilidade. Logo, não há exceção relevante na série
.