Considere os pares de compostos a seguir e diga qual tem maior ponto de ebulição e fusão. Justifique sua resposta.
Butano ou metil-propano

Passo 1

O enunciado pede que, para o par de compostos “butano” e “metil-propano” (isômero ramificado do butano), eu diga qual deles tem maior ponto de ebulição e qual tem maior ponto de fusão, com justificativa.
Informações dadas: os dois compostos são isômeros com mesma fórmula molecular \mathrm{C}_4\mathrm{H}_{10}. Não há mais dados numéricos no enunciado.

Passo 2

Identificar as estruturas e o que muda entre eles.
A fórmula e a forma condensada dos dois são:
\text{butano (n-butano): }\text{CH}_3\text{-CH}_2\text{-CH}_2\text{-CH}_3
\text{metil-propano (isobutano, 2-metilpropano): }(\text{CH}_3)_3\text{CH}
Ou seja: ambos têm quatro átomos de carbono e dez de hidrogênio, mas o butano é uma cadeia linear (cadeia normal) e o metil-propano é uma estrutura ramificada (um carbono central ligado a três \text{CH}_3).

Passo 3

Conceito importante: forças intermoleculares relevantes e como elas dependem da forma molecular.
  • As moléculas apolares como alcano sofrem interações chamadas de forças de London (forças de dispersão).
  • Essas forças surgem de flutuações temporárias da nuvem eletrônica que geram dipolos instantâneos; moléculas vizinhas se atraem por indução desses dipolos.
  • A intensidade dessas forças depende basicamente de: (i) polarizabilidade (maior para nuvens eletrônicas mais “espessas”) e (ii) área de contato entre moléculas. Moléculas mais alongadas e com maior área de superfície em contato entre si têm interações de dispersão mais fortes que moléculas mais compactas e globulares com a mesma massa.
Explicando de forma prática: imagine duas “barras” longas (linéares) que podem ficar lado a lado por grande parte de sua superfície — a atração acumulada é grande. Agora imagine duas “bolinhas” compactas — elas tocam em menos área, então atração é menor.

Passo 4

Aplicando o conceito ao ponto de ebulição.
  • Para vaporizar (passar líquido → gás) temos que vencer as forças intermoleculares entre moléculas no líquido. Quanto mais fortes essas forças, maior a temperatura necessária (maior ponto de ebulição).
  • O butano linear tem maior área de contato entre moléculas vizinhas do que o metil-propano ramificado. Logo, as forças de London no butano são mais fortes.
  • Conclusão qualitativa: o butano tem maior ponto de ebulição do que o metil-propano.
Dica prática para prova: para isômeros com mesma massa, a cadeia mais linear costuma ter maior ponto de ebulição; ramificações diminuem o ponto de ebulição.

Passo 5

Aplicando o conceito ao ponto de fusão.
  • O ponto de fusão depende de quão bem as moléculas conseguem se arranjar numa rede cristalina sólida. Bom empacotamento leva a interações mais eficientes no sólido e, geralmente, a um ponto de fusão mais alto.
  • Moléculas lineares tendem a empacotar melhor em estruturas sólidas do que moléculas muito ramificadas e compactas, porque a cadeia linear pode se alinhar e maximizar contatos intermoleculares.
  • Portanto, em muitos casos (incluindo este), o butano linear empacota melhor e terá ponto de fusão mais alto que o metil-propano ramificado.
Observação rápida: existem exceções quando a ramificação aumenta muito a simetria e favorece um empacotamento particular, mas para o par butano/isobutano a regra do empacotamento favorece o butano.

Passo 6

Verificação experimental (confirmação breve, valores aproximados).
Valores experimentais aproximados confirmam a previsão qualitativa:
\text{Ponto de ebulição: butano } \approx -0,5^\circ\mathrm{C},\quad \text{isobutano } \approx -11,7^\circ\mathrm{C}çã
\text{Ponto de fusão: butano } \approx -138{,}4^\circ\mathrm{C},\quad \text{isobutano } \approx -159{,}6^\circ\mathrm{C}ã
(Veja que os sinais negativos indicam que ambos são gases à temperatura ambiente; os números são aproximações experimentais e servem apenas para confirmar a ordem.)

Passo 7

Resumo da estratégia que você pode usar na prova (pega-fácil):
  • Para comparar pontos de ebulição: compare área de superfície / forma — mais linear → maior bp.
  • Para comparar pontos de fusão: pense em empacotamento cristalino — mais linear e menos ramificado → geralmente maior mp.
    Use isso como regra rápida para isômeros de alcanos.

Resposta

Ponto de ebulição: Butano (maior)
Ponto de fusão: Butano (maior)

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