Considere os pares de compostos a seguir e diga qual tem maior ponto de ebulição e fusão. Justifique sua resposta.
Pentano ou heptano

Passo 1

O enunciado pede: comparar o ponto de ebulição e o ponto de fusão entre dois compostos, e justificar a resposta. Os compostos dados são pentano e heptano. Informações explícitas do enunciado: os nomes dos compostos “pentano” e “heptano”. Pressuposição (aceito como parte da questão): estamos comparando os alcanos normais (cadeias lineares) chamados normalmente de n-pentano e n-heptano.

Passo 2

Identificar as fórmulas químicas e contar átomos (para termos dados concretos).
A fórmula do pentano é \mathrm{C_5H_{12}}. A fórmula do heptano é \mathrm{C_7H_{16}}.
Isto significa que o heptano tem mais átomos de carbono e hidrogênio por molécula do que o pentano.

Passo 3

Calcular a massa molar aproximada de cada um (usando massas atômicas aproximadas: \mathrm{C}\approx 12 e \mathrm{H}\approx 1, unidades \mathrm{g\cdot mol^{-1}}).
Para o pentano:
\text{massa molar do pentano} = 5\cdot 12 + 12\cdot 1 = 60 + 12 = 72\\ \mathrm{g\cdot mol^{-1}}.
Para o heptano:
\text{massa molar do heptano} = 7\cdot 12 + 16\cdot 1 = 84 + 16 = 100\\ \mathrm{g\cdot mol^{-1}}.
Conclusão deste passo: o heptano tem massa molar maior ( 100 vs 72\\ \mathrm{g\cdot mol^{-1}}).

Passo 4

Explicar, didaticamente, quais forças intermoleculares importam e como elas influenciam ponto de ebulição.
  • Ponto de ebulição é a temperatura na qual as moléculas de um líquido têm energia suficiente para vencer as forças intermoleculares e passar para a fase gasosa. Quanto mais fortes as forças intermoleculares, maior a energia requerida e maior o ponto de ebulição.
  • Nos alcanos apolares (como pentano e heptano) a força intermolecular dominante é a força de London (ou forças de dispersão), que surge de flutuações instantâneas de densidade eletrônica criando dipolos temporários.
  • Essas forças de London aumentam com:
    1. maior número de elétrons (portanto maior massa molar),
    2. maior área de superfície de contato entre moléculas (cadeias mais longas e “achatadas” podem interagir mais).
  • Intuição: moléculas maiores e “mais compridas” se tocam por áreas maiores e têm mais elétrons que podem gerar dipolos instantâneos mais fortes — pense em duas tiras de Velcro: tiras maiores grudam mais forte.

Passo 5

Aplicar a lógica para o ponto de ebulição dos dois compostos.
  • Como o heptano tem massa molar maior ( 100 vs 72\\ \mathrm{g\cdot mol^{-1}}) e cadeia mais longa, ele apresenta forças de dispersão mais fortes que o pentano.
  • Portanto é preciso mais energia térmica para separar moléculas de heptano em vapor do que para separar moléculas de pentano.
  • Conclusão: o heptano tem maior ponto de ebulição que o pentano.

Passo 6

Explicar, didaticamente, como entender o ponto de fusão e comparar os dois compostos.
  • Ponto de fusão é a temperatura na qual o sólido se torna líquido; depende também de forças intermoleculares, mas é fortemente influenciado pela capacidade de empacotamento cristalino das moléculas (como as moléculas se arranjam no cristal).
  • Em séries de alcanos lineares, à medida que o número de carbonos aumenta, geralmente as interações de van der Waals aumentam e o ponto de fusão tende a crescer com o comprimento da cadeia (embora haja efeitos de “ímpar-par” que causam pequenas irregularidades: alcanos com número par de carbonos empacotam melhor e têm pontos de fusão relativamente mais altos que vizinhos ímpares).
  • Pentano ( n=5) e heptano ( n=7) são ambos ímpares, então o efeito ímpar-par não favorece necessariamente um sobre o outro por empacotamento dramático; o efeito dominante é o aumento de forças intermoleculares com o crescimento da cadeia.
  • Assim, para a comparação simples pedida, espera-se que o heptano apresente maior ponto de fusão que o pentano, por ter maiores forças de dispersão devido à maior massa e superfície.

Passo 7

Resumo intuitivo e reforço para a prova (como justificar rapidamente na hora da resposta):
  • Diga que ambos são apolares, então a interação relevante é força de dispersão de London.
  • A maior massa molar e maior área de superfície do heptano implicam forças intermoleculares mais fortes.
  • Logo, heptano tem maior ponto de ebulição e, em termos gerais para alcanos lineares, maior ponto de fusão do que pentano.
  • Se quiser uma justificativa curta para a prova: “Heptano maior massa/mol e maior área de contato → forças de dispersão mais fortes → maiores Tfus e Teb.”

Resposta

Ponto de ebulição: heptano
Ponto de fusão: heptano

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