Em cada um dos pares abaixo, indique o produto com ponto de fusão mais alto, justificando cada escolha:
Um ácido carboxílico e o seu respectivo sal;

Passo 1

O enunciado pede: em cada par formado por um ácido carboxílico e o seu respectivo sal (o carboxilato), indicar qual dos dois tem o ponto de fusão mais alto e justificar a escolha.
Informações dadas (implícitas no enunciado): temos um ácido carboxílico genérico (do tipo \mathrm{RCOOH}) e o seu sal correspondente (do tipo \mathrm{M^+ RCOO^-}, onde \mathrm{M^+} é um cátion como \mathrm{Na^+}, \mathrm{K^+}, \mathrm{NH_4^+}, etc.). A tarefa é comparar os pontos de fusão desses dois compostos e justificar por que um é maior que o outro.

Passo 2

O que é ponto de fusão e por que ele importa aqui.
Ponto de fusão é a temperatura à qual uma substância passa do sólido para o líquido (equilíbrio sólido-líquido). Na prática, quanto mais forte forem as interações que mantêm as moléculas/íons no arranjo sólido, mais energia (temperatura) será necessária para fundir o sólido — ou seja, maior será o ponto de fusão. Então, para comparar pontos de fusão, precisamos comparar as forças intermoleculares / interiônicas presentes em cada sólido.

Passo 3

Quais fatores determinam o ponto de fusão de um sólido (versão enxuta e útil para prova).
  • Natureza das interações entre as unidades que formam o sólido: ligações iônicas, ligações de hidrogênio, dipolo–dipolo, forças de London (van der Waals).
  • Força e extensão dessas interações: interações mais fortes → maior ponto de fusão.
  • Geometria e empacotamento cristalino: moléculas simétricas e pequenos íons empacotam melhor → maior energia reticular.
  • Carga e tamanho dos íons para sólidos iônicos: cargas maiores e íons menores aumentam a energia reticular.

Passo 4

Estrutura e interações em um ácido carboxílico ( \mathrm{RCOOH}).
  • O ácido carboxílico é uma molécula neutra. No sólido, muitas vezes as moléculas formam dímeros cíclicos estabilizados por duas ligações de hidrogênio (\mathrm{RCOOH})_2. Isso aumenta o ponto de fusão relativo ao que teria uma molécula sem H‑ligação. Podemos representar a associação por: \;2\mathrm{RCOOH}\rightleftharpoons(\mathrm{RCOOH})_2.
  • As ligações de hidrogênio são interações relativamente fortes entre moléculas neutras, típicas da ordem de dezenas de kJ·mol ^{-1} (ou seja, algumas dezenas de kJ por mol). Elas elevam o ponto de fusão em relação a hidrocarbonetos semelhantes, mas têm energia limitada.

Passo 5

Estrutura e interações no sal carboxilato ( \mathrm{M^+ RCOO^-}).
  • O sal é composto por íon carboxilato \mathrm{RCOO^-} e um cátion \mathrm{M^+}. No estado sólido formam‑se redes iônicas cristalinas em que as interações são de natureza eletrostática (Coulombiana) entre cargas opostas.
  • Essas interações iônicas (energia reticular) tendem a ser muito fortes em comparação com ligações de hidrogênio entre moléculas neutras, principalmente quando \mathrm{M^+} é um cátion pequeno e com carga bem definida (p.ex. \mathrm{Na^+}, \mathrm{Ca^{2+}} etc.).

Passo 6

Comparação qualitativa da força das interações: iônico vs. H‑ligação.
  • A atração coulombiana entre íons pode ser resumida qualitativamente pela dependência: E \propto \frac{q_1 q_2}{r},
onde \;q_1 e \;q_2 são as cargas dos íons e \;r é a distância entre centros. Isso mostra que cargas maiores e distâncias menores levam a energias reticulares maiores.
  • Em termos de ordem de grandeza: ligações de hidrogênio típicas têm energia na ordem de dezenas de kJ·mol^{-1} , enquanto energias reticulares iônicas costumam ser bem maiores (ordem de centenas de kJ·mol^{-1} para muitos sais iônicos simples). Conclusão:, em geral, a rede iônica do sal é muito mais difícil de desfazer (maior energia) do que os agregados mantidos por ligações de hidrogênio do ácido neutro.

Passo 7

Aplicação direta ao par ácido carboxílico / sal carboxilato.
  • O ácido \mathrm{RCOOH} é mantido no sólido por ligações de hidrogênio (e forças de van der Waals).
  • O sal \mathrm{M^+ RCOO^-} é mantido por fortes interações iônicas numa estrutura cristalina.
    Portanto, para sais de cátions simples (p.ex. \mathrm{Na^+}, \mathrm{K^+}, \mathrm{Ca^{2+}}), o ponto de fusão do sal é normalmente muito maior que o do ácido correspondente. Um argumento de prova sucinto: “o sal é iônico (ligações coulombianas fortes) enquanto o ácido é molecular (ligações de hidrogênio): ligações iônicas > ligações de hidrogênio → sal tem maior ponto de fusão”.

Passo 8

Exemplos e observações práticas (úteis na prova para dar peso à justificativa).
  • Exemplo ilustrativo sem números exatos: o ácido acético é líquido à temperatura ambiente (logo sem ponto de fusão alto), enquanto o acetato de sódio é um sólido cristalino estável — isto já indica que o sal tem tendência a ponto de fusão muito maior.
  • Em compostos aromáticos maiores (p.ex. ácido benzóico) o ácido pode ter ponto de fusão relativamente alto devido à planaridade e empacotamento, mas mesmo assim o sal correspondente com um cátion inorgânico tende a ter ponto de fusão ainda maior.

Passo 9

Exceções e cuidados na hora da prova (para não cair em armadilhas).
  • Há exceções: sais com grandes cátions orgânicos dispersivos (p.ex. grandes amônio quaternário orgânicos) podem ter pontos de fusão menores porque o empacotamento é ruim e as interações iônicas ficam espalhadas.
  • Sais hidratados podem ter pontos de fusão reduzidos pela presença de água de cristalização.
  • Regra prática para provas: se o sal tem um cátion inorgânico pequeno (Na+, K+, Ca2+, etc.), responda que o sal tem o ponto de fusão mais alto e justifique mencionando a natureza iônica forte do sólido.

Passo 10

Resumo da estratégia curta para a prova (frase pronta para usar): “O sal tem ponto de fusão mais alto porque forma uma rede iônica com fortes interações coulombianas, bem mais fortes que as ligações de hidrogênio que mantêm o ácido carboxílico.”

Resposta

O sal (o carboxilato) tem o ponto de fusão mais alto.

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