5-) Os calores de combustão para três alcanos isoméricos são: -
para
para
e
para
. Qual isômero é o mais estável? Como você chegou a sua resposta?
Passo 1
Vou listar claramente o que o enunciado dá e o que pede.
Dados (pegos do enunciado):
- Calores de combustão:
- Para
: . - Para
: . - Para
: .
- Para
Perguntas do enunciado:
- Qual isômero é o mais estável?
- Como você chegou a sua resposta?
Passo 2
O que significa o calor (entalpia) de combustão e por que ele serve para comparar estabilidade entre isômeros?
- A combustão de um alcano (padrão) transforma a molécula em
e . Para um isômero qualquer, podemos escrever
onde
é a entalpia dos produtos (soma das entalpias de
e
) e
é a entalpia do alcano inicial.
-
Todos os três isômeros têm a mesma fórmula molecular (
), portanto a combustão forma exatamente as mesmas quantidades de e . Logo, é o mesmo para os três. -
Assim, diferenças em
entre os isômeros vêm somente de diferenças em (a entalpia do próprio isômero). Reescrevendo:
Passo 3
Interpretação do sinal e consequência para estabilidade (explicação didática):
-
costuma ser negativo (processo exotérmico). Se um isômero tem mais negativo (mais exotérmico), isso significa que é maior, porque e subtrair um número mais negativo aumenta . - Entalpia mais baixa do reagente corresponde a energia interna/entalpia menor da molécula — isto significa que a molécula está mais estável termodinâmicamente.
- Portanto: entre isômeros com mesma fórmula, o isômero mais estável é aquele com o
menos negativo (ou seja, o menos exotérmico).
Resumo útil (regra rápida):
- Mais negativo
→ reagente menos estável. - Menos negativo
→ reagente mais estável.
Passo 4
Aplicando a regra aos números dados — comparar os valores:
Os valores são:
Ordenando do mais negativo para o menos negativo:
Portanto o menos exotérmico (o maior numericamente, menos negativo) é
, correspondente a
(neopentano).
Passo 5
Calcular diferenças de entalpia para ver a magnitude das estabilizações (opcional, mas ilustrativo):
- Diferença entre n-pentano e neopentano:
Isto significa que n-pentano libera
a mais na combustão; portanto n-pentano tem entalpia
maior (menos estável) que o neopentano.
- Diferença entre isopentano e neopentano:
- Diferença entre n-pentano e isopentano:
Logo a ordem de estabilidade (do mais estável para o menos estável) é:
Passo 6
Explicação química, em linguagem simples, do porquê da maior estabilidade do isômero mais ramificado:
- Alcanos mais ramificados tendem a ser mais estáveis que os lineares. Isso ocorre porque grupos alquila (ramificações) estabilizam a molécula por efeitos de hiperconjugação e doação indutiva de elétrons: elétrons das ligações C–H adjacentes podem interagir de forma a distribuir melhor a densidade eletrônica, baixando a energia total.
- Em termos práticos: um carbono terciário (ligado a três grupos alquila) contribui mais para essa estabilização do que carbonos secundários ou primários. Neopentano tem a maior ramificação (carbono central quaternário ligado a quatro grupos metila), logo possui a menor entalpia de formação e, consequentemente, o
menos exotérmico. - As diferenças observadas (alguns kcal/mol) são exatamente da ordem esperada para estabilização por ramificação em hidrocarbonetos simples.
Resposta
Justificativa: é o isômero com o
menos negativo (
), o que indica menor entalpia do reagente (maior estabilidade) em relação aos outros isômeros.