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;
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 ) e o seu sal correspondente (do tipo
, onde
é um cátion como
,
,
, etc.). A tarefa é comparar os pontos de fusão desses dois compostos e justificar por que um é maior que o outro.
Informações dadas (implícitas no enunciado): temos um ácido carboxílico genérico (do tipo
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.
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 (
).
- O ácido carboxílico é uma molécula neutra. No sólido, muitas vezes as moléculas formam dímeros cíclicos estabilizados por duas ligações de hidrogênio
. Isso aumenta o ponto de fusão relativo ao que teria uma molécula sem H‑ligação. Podemos representar a associação por: - As ligações de hidrogênio são interações relativamente fortes entre moléculas neutras, típicas da ordem de dezenas de kJ·mol
(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 (
).
- O sal é composto por íon carboxilato
e um cátion . 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
é um cátion pequeno e com carga bem definida (p.ex. , etc.).
Passo 6
Comparação qualitativa da força das interações: iônico vs. H‑ligação.
- A atração coulombiana entre íons pode ser resumida qualitativamente pela dependência:
onde
e
são as cargas dos íons e
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
é mantido no sólido por ligações de hidrogênio (e forças de van der Waals). - O sal
é mantido por fortes interações iônicas numa estrutura cristalina.
Portanto, para sais de cátions simples (p.ex., , ), 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.