Mesmo sem o conhecimento prévio dos valores de p.e. dos compostos abaixo, mostre qual seria a ordem crescente dos valores de p.e. Justifique sua resposta.
Composto A
Composto B
Composto C
Composto D
Composto A
Passo 1
O que o enunciado pede: ordenar, em ordem crescente, os valores de ponto de ebulição (p.e.) dos quatro compostos dados e justificar a ordem sem ter os valores numéricos já fornecidos.
Informações fornecidas (pega-se diretamente dos SMILES):
- Composto A: <smiles>CCCCC=O</smiles> — isto é um aldeído de 5 carbonos (pentanal).
Fórmula:. - Composto B: <smiles>CCCOCC</smiles> — é um éter (etoxipropano / etil-propil-éter) com 5 carbonos totais.
Fórmula:. - Composto C: <smiles>CCCCCC</smiles> — alcano linear de 6 carbonos (n-hexano).
Fórmula:. - Composto D: <smiles>CC(C)(C)C(C)(C)C</smiles> — hidrocarboneto muito ramificado, equivalente a \emph{2,2,3,3-tetrametilbutano} (total de 8 carbonos).
Fórmula:.
Resumo do pedido: decidir a ordem crescente de p.e. usando somente estrutura e princípios físicos (forças intermoleculares, massa molar, ramificação etc.).
Passo 2
Breve revisão didática das ideias que vamos usar (sem pular etapas):
-
Forças intermoleculares principais que influenciam p.e.:
- Forças de London (dispersion): existem em todas as moléculas; aumentam com o número de elétrons / massa molar e com a área de contato entre moléculas (cadeias lineares têm mais área de contato que ramificadas).
- Dipolo–dipolo (interações polares): importantes quando a molécula tem um grupo polar (por exemplo, uma carbonila C=O ou um átomo de O com assimetria). A presença de dipolo aumenta o p.e. em relação a moléculas apolares de massa similar.
- Ligações de hidrogênio (H-bond): são especialmente fortes quando existe H ligado a N, O ou F; aqui nenhum dos quatro compostos tem H ligado a O (são éter e aldeído), então H-bond intermolecular fortemente doador não ocorre. Todos podem doar/aceitar fracas interações de ponte (aceitação por O), mas não temos H–O para fortes H-bonds.
-
Efeitos práticos que decorrem daí:
- A massa molar maior tende a aumentar o p.e. via forças de London.
- Para massas parecidas, moléculas polares (carbonila, éter) tendem a ter p.e. maiores que hidrocarbonetos apolares.
- A ramificação reduz a área de contato e costuma reduzir o p.e. em comparação com isômeros lineares de mesma fórmula.
Passo 3
Calculemos a massa relativa aproximada (só para comparar tendências; uso de valores atômicos inteiros é suficiente para justificar qualitativamente):
- Composto A (
): massa aproximada (unidades g·mol^{-1}). - Composto B (
): massa aproximada . - Composto C (
): massa aproximada . - Composto D (
): massa aproximada .
Interpretação rápida: D tem massa claramente maior; A e C têm massas muito parecidas; B tem massa muito próxima a A/C (um pouco maior que A e igual ordem de grandeza).
Passo 4
Análise qualitativa de cada composto — que tipo de forças domina:
-
Composto A (aldeído,
, pentanal): tem o grupo carbonila C=O, que é polar. Logo interações dipolo–dipolo presentes e o oxigênio pode atuar como aceitador de H-bond (mas não há H–O no composto para formar H-bond doador). Resultado: p.e. aumentado em relação a hidrocarbonetos de massa similar por conta do dipolo da carbonila. -
Composto B (éter,
, etoxipropano): possui átomo de oxigênio e é polar, porém os éteres normalmente têm dipolos menores que carbonilas e não formam ligações de hidrogênio fortes entre si (apenas aceitam H-bond se houver um doador externo). Portanto há alguma interação dipolar, mas tipicamente éter tem p.e. menor que aldeído de massa semelhante. -
Composto C (n-hexano,
): é apolar; só forças de London atuam. Por ser linear, tem boa área de contato e força de London relativamente grande para sua massa, portanto p.e. razoavelmente elevado para um apolar de massa média. -
Composto D (
, muito ramificado): é apolar mas tem massa molar bem maior; contudo a forte ramificação reduz a área de contato em comparação com um alcano linear da mesma massa. Ainda assim, por ser muito mais massivo ( vs ), as forças de London totais geralmente serão maiores do que nos compostos de massa , a não ser que a ramificação reduzisse completamente a interação (o que não ocorre tão fortemente). Portanto D tende a ter o maior p.e. pelo efeito massa >> efeito de ramificação.
Passo 5
Comparações par a par (explicadas de modo a você aplicar em prova):
-
B (
) versus C ( ): - B tem um oxigênio (dipolo) — isso aumenta a atração intermolecular. Mas B tem massa menor (
versus é similar; aqui a diferença principal é que o éter em cadeia curta tem menos área de contato que o alcano linear). - Em prática, para essas estruturas, o alcano linear C (n-hexano) apresenta forças de London suficientes (e maior área de contato) para ter p.e. maior que o éter B de cadeia similar/um pouco menor.
- Conclusão:
(éter tem p.e. menor que n-hexano).
- B tem um oxigênio (dipolo) — isso aumenta a atração intermolecular. Mas B tem massa menor (
-
C (
) versus A (pentanal, carbonila): - A é polar (carbonila), enquanto C é apolar. As interações dipolo–dipolo da carbonila normalmente elevam significativamente o p.e. em comparação ao alcano de massa muito próxima.
- Mesmo que as massas sejam parecidas (
ambos aproximadamente), o efeito do grupo C=O em A é dominante. - Conclusão:
(n-hexano tem p.e. menor que pentanal).
-
A (pentanal) versus D (C8 ramificado):
- D tem massa claramente maior (
), o que favorece maiores forças de London; A tem dipolo, o que aumenta seu p.e. Mas tipicamente uma diferença de massa deste porte faz com que o alcano maior tenha p.e. maior que um aldeído menor. - A única possibilidade contrária seria se a ramificação em D reduzisse tanto a área de contato que o ganho por massa fosse perdido — na prática, para um aumento de massa de
(de para ), o efeito de massa vence e D apresenta p.e. maior. - Conclusão:
(pentanal tem p.e. menor que o hidrocarboneto ramificado C8).
- D tem massa claramente maior (
Passo 6
Juntando as comparações (transitividade):
- De 1) temos
. - De 2) temos
. - De 3) temos
.
Portanto, em ordem crescente de p.e. (do menor para o maior) obtemos:
.
Explicação final curta para memória de prova: o éter (B) é pouco polar e tem menor área efetiva; o alcano linear (C) ganha por área e massa; o aldeído (A) ganha por polaridade; e o grande hidrocarboneto ramificado (D) vence no final por ter muito mais massa (forças de London predominantes).
Passo 7
Dica de como justificar rápido na prova (frase curta e direta que impressiona o corretor): cite as forças intermoleculares dominantes em cada composto (London, dipolo–dipolo), a comparação de massas molares e o efeito da ramificação na área de contato. Mostre as fórmulas ou contagens de átomos se pedir justificativa numérica rápida.