Com base nas forças intermoleculares esperadas, que halogênio tem o ponto de ebulição mais elevado? \mathrm{F}_{2} ; \mathrm{Cl}_{2} ; \mathrm{Br}_{2} ; \mathrm{I}_{2}

Passo 1

O enunciado pergunta, de forma direta: qual dos halogênios listados tem o ponto de ebulição mais elevado?
As espécies fornecidas são:
  • \mathrm{F}_{2}
  • \mathrm{Cl}_{2}
  • \mathrm{Br}_{2}
  • \mathrm{I}_{2}
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): \mathrm{X}_2. 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.
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:
  1. 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.
  2. Para halogênios diatômicos, o aumento do tamanho segue a coluna da tabela periódica: \mathrm{F}<\mathrm{Cl}<\mathrm{Br}<\mathrm{I}.
  3. 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:
  • \mathrm{F}_{2}: massa molar aproximadamente \,19{,}00\times2 = 38{,}00\\ \mathrm{g\\ mol^{-1}}.
  • \mathrm{Cl}_{2}: massa molar aproximadamente \,35{,}45\times2 = 70{,}90\\ \mathrm{g\\ mol^{-1}}.
  • \mathrm{Br}_{2}: massa molar aproximadamente \,79{,}90\times2 = 159{,}80\\ \mathrm{g\\ mol^{-1}}.
  • \mathrm{I}_{2}: massa molar aproximadamente \,126{,}90\times2 = 253{,}80\\ \mathrm{g\\ mol^{-1}}.
Esses números mostram claramente que \mathrm{I}_2 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 \mathrm{F}_2 < \mathrm{Cl}_2 < \mathrm{Br}_2 < \mathrm{I}_2, então os pontos de ebulição seguirão a mesma ordem crescente:
\text{ponto de ebulição:}\quad \mathrm{F}_2 < \mathrm{Cl}_2 < \mathrm{Br}_2 < \mathrm{I}_2.çã
Observação prática (útil para prova): \mathrm{F}_2 e \mathrm{Cl}_2 são gases a temperatura ambiente, \mathrm{Br}_2 é líquido e \mathrm{I}_2 é sólido (ou sublima), o que já indica qualitativamente que \mathrm{I}_2 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 \mathrm{F}_2,\mathrm{Cl}_2,\mathrm{Br}_2,\mathrm{I}_2.

Resposta

\mathrm{I}_{2}

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