Considere os pares de compostos a seguir e diga qual tem maior ponto de ebulição e fusão. Justifique sua resposta.
Pentano ou heptano
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 . A fórmula do heptano é
.
Isto significa que o heptano tem mais átomos de carbono e hidrogênio por molécula do que o pentano.
A fórmula do pentano é
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:
e
, unidades
).
Para o pentano:
Para o pentano:
Para o heptano:
Conclusão deste passo: o heptano tem massa molar maior (
vs
).
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:
- maior número de elétrons (portanto maior massa molar),
- 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 (
vs ) 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 (
) e heptano ( ) 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
Ponto de fusão: heptano