Para cada um dos pares seguintes, enuncie qual espécie tem o maior
de van der Waals, qual tem o maior
de van der Waals, qual tem a
maior, e qual tem o maior
no ponto de ebulição normal.
ou
.
Passo 1
O enunciado pede, para o par de espécies
e
, que eu diga, separadamente:
- qual espécie tem o maior parâmetro de van der Waals
; - qual espécie tem o maior parâmetro de van der Waals
; - qual espécie tem a maior temperatura crítica
; - qual espécie tem o maior
no ponto de ebulição normal.
Informações relevantes fornecidas (ou que podemos usar como fato químico conhecido e útil para comparar):
- As espécies são
(água) e (sulfeto de hidrogénio). -
forma ligações de hidrogénio fortes entre moléculas; praticamente não forma ligações de hidrogénio significativas (as interações de H–S são muito fracas para serem consideradas H‑ligação como em água). - O átomo de enxofre é maior e mais polarizável que o átomo de oxigénio, logo
tem maior volume molecular e maior contribuição de forças de dispersão por polarizabilidade. - Não há figura nem tabela adicional no enunciado; todas as comparações serão qualitativas usando propriedades intermoleculares conhecidas.
Passo 2
Entendendo o que são os parâmetros de van der Waals
e
(aula rápida e prática).
- A equação de van der Waals para um mol de gás é
onde
é pressão,
volume molar,
temperatura e
a constante dos gases.
- O parâmetro
corrige a pressão devido às forças intermoleculares (atração). Assim, é maior quanto mais fortes forem as atrações entre moléculas (dipolo–dipolo fortes, ligações de hidrogénio, maiores forças de dispersão). - O parâmetro
representa o volume excluído pelas moléculas — ou seja, está relacionado ao tamanho físico/volume molecular. Assim, moléculas maiores têm maior.
Exemplos simples para fixar:
- Um fluido com fortes ligações de hidrogénio (como água) tem
grande — porque é necessário “compensar” forças atrativas fortes. - Uma molécula grande (por exemplo, um hidrocarboneto de cadeia longa) tem
grande porque ocupa mais volume físico.
Passo 3
Comparando
entre
e
.
- O que aumenta
? Forças intermoleculares fortes: ligação de hidrogénio, grande dipolo, ou grande polarizabilidade. -
apresenta ligações de hidrogénio muito fortes (cada molécula forma ligações H com vizinhas), além de possuir um dipolo significativo. Essas interações são muito eficazes em aumentar a coesão do líquido. -
tem átomo de enxofre mais polarizável, o que aumenta as forças de dispersão em relação a moléculas muito pequenas, mas não compensa a ausência de ligações de hidrogénio fortes. Assim, as atrações efetivas entre moléculas de são bem mais fracas que em .
Conclusão deste passo:tem o maior .
Passo 4
Comparando
entre
e
.
-
depende basicamente do tamanho físico (volume) da molécula. O átomo de enxofre é maior do que o átomo de oxigénio, logo a geometria de ocupa mais espaço que a de . - Mesmo que a água tenha estrutura compacta,
tem maior raio atómico e maior volume molecular efetivo.
Conclusão deste passo:tem o maior .
Passo 5
Relação entre
e a temperatura crítica
(fórmula van der Waals) e aplicação ao par.
- Para a equação de van der Waals, a temperatura crítica é dada pela expressão (resultado padrão da análise de ponto crítico)
onde
é a constante dos gases. Aqui
aumenta com
e diminui com
.
- Nós já estabelecemos:
tem maior; tem maior. Então, qualitativamente a razão será muito maior para do que para (porque de água é muito grande devido às H‑ligações, enquanto de água é relativamente pequeno). - Logo, pela fórmula acima e pela intuição física (mais atração e menor volume → moléculas ficam ligadas a temperaturas mais altas),
tem muito maior que .
Conclusão deste passo:tem maior .
Passo 6
Comparando
no ponto de ebulição normal. Entendendo o que é e por que importa.
-
é a entalpia molar de vaporização à pressão em que o líquido ferve (aqui “ponto de ebulição normal” significa à pressão de atm). Ela mede a energia necessária para vencer as forças intermoleculares e levar uma molécula do líquido para a fase gasosa. - Quanto mais fortes as interações intermoleculares no líquido, maior será
. Água tem ligações de hidrogénio muito fortes — para vaporizar a água (à e atm) é preciso romper muitas ligações H por mol, resultando em relativamente grande. -
possui ponto de ebulição muito baixo (é gasoso à temperatura ambiente) e as forças intermoleculares são fracas; portanto a energia de vaporização à sua temperatura de ebulição normal é bem menor.
Conclusão deste passo:tem maior .
Resposta
maior
:
maior :
maior :
maior (no ponto de ebulição normal):
maior
maior
maior