Com base em mecanismos moleculares, explique por que o alumínio se funde a
, enquanto o gelo funde a
.
Passo 1
O enunciado pede para comparar o ponto de fusão do alumínio (
) com o do gelo (
) a partir dos mecanismos moleculares que mantêm cada sólido coeso. O conteúdo envolve ligações metálicas no alumínio e ligações de hidrogênio na água. Vamos lembrar como cada tipo de ligação funciona e qual é a energia típica envolvida em cada uma.
Passo 2
No gelo, as moléculas de água formam uma rede cristalina fixa graças às ligações de hidrogênio. Cada molécula de
é polar, com um pólo positivo nos hidrogênios e pólo negativo no oxigênio, gerando atração dipolo–dipolo forte mas ainda relativamente pequena. A energia média de uma ligação de hidrogênio em água é da ordem de
. Para fundir o gelo, é preciso fornecer energia para romper parte dessa rede de ligações de hidrogênio.
Passo 3
No alumínio, os átomos doam elétrons de valência para um “mar” eletrônico deslocalizado que envolve toda a estrutura cristalina metálica. Essa nuvem de elétrons gera forças de coesão muito mais fortes do que as ligações de hidrogênio, já que a energia de ligação metálica em alumínio fica em torno de
. Romper a maior parte dessas interações eletrônicas exige muito mais calor.
Passo 4
O ponto de fusão corresponde à temperatura em que a energia térmica média das partículas supera a energia de coesão típica por mol de ligações. Como em água essa energia de coesão (tilde20kJ/moltilde) e9 bem menor do que em alumednio (tilde400kJ/moltilde), basta atingir ,
para o gelo comee7ar a derreter, mas e9 necesse1rio chegar a cerca de ,
para quebrar a liga mete1lica do alumednio.
Resposta
O alumínio funde a
porque suas fortes ligações metálicas (energia típica
) exigem muito calor para serem rompidas, enquanto o gelo funde a
pois as ligações de hidrogênio na água são bem mais fracas (energia típica
).