Considere os pontos de ebulição dos haletos de hidrogênio:
e HI (237 K) [1].
a) Explique a tendência observada nos pontos de ebulição das três últimas substâncias.
b) Por que o HF é uma exceção a essa tendência?
a) Explique a tendência observada nos pontos de ebulição das três últimas substâncias.
b) Por que o HF é uma exceção a essa tendência?
Passo 1
O enunciado fornece os pontos de ebulição dos haletos de hidrogênio:
,
,
e
.
As perguntas são:
a) Explique a tendência observada nos pontos de ebulição das três últimas substâncias ( ,
,
).\n
b) Por que é uma exceção a essa tendência?
As perguntas são:
a) Explique a tendência observada nos pontos de ebulição das três últimas substâncias (
b) Por que
Passo 2
O que é ponto de ebulição e por que ele varia: o ponto de ebulição de uma substância é a temperatura em que as moléculas na fase líquida têm energia suficiente (em média) para vencer as forças intermoleculares que as mantêm ligadas e passar à fase gasosa. Logo, quanto mais fortes as forças intermoleculares entre moléculas, maior a temperatura necessária para separá‑las e maior será o ponto de ebulição. Vou usar essa ideia básica durante toda a explicação: comparar forças intermoleculares entre essas moléculas explica seus pontos de ebulição.
Passo 3
Principais forças intermoleculares relevantes aqui (explicação didática e simples):
- Forças de London (forças de dispersão): aparecem entre todas as moléculas, mesmo apolares. São originadas por flutuações instantâneas na distribuição eletrônica que induzem dipolos temporários. Essas forças aumentam quando a nuvem eletrônica é maior e mais facilmente deformável — isto é, quando a polarizabilidade é maior. Em termos práticos: átomos/moléculas maiores e com mais elétrons geram forças de London mais fortes.
- Dipolo–dipolo: entre moléculas permanentemente polares. Se a molécula tem uma separação de cargas (dipolo), moléculas vizinhas interagem por alinhamento de polos opostos. Isso depende da magnitude do dipolo.
- Ligação de hidrogênio (H‑bond): é um caso especial e forte de interação dipolo–dipolo que ocorre quando um hidrogênio ligado a um átomo muito eletronegativo (tipicamente
, ou ) interage com um par de elétrons não ligantes de outro átomo eletronegativo. É geralmente muito mais forte que dipolo–dipolo ordinário e pode elevar bastante o ponto de ebulição.
Passo 4
Propriedades dos haletos de hidrogênio relevantes:
- As moléculas
, e são todas polares (H ligado a um halogênio), mas seus halogênios têm massas e números de elétrons diferentes:
~ , ~ , ~ (valores atômicos aproximados; estou só mostrando que aumentam). - À medida que passamos de
para para , a nuvem eletrônica do halogênio fica maior e mais polarizável. Isso faz com que as forças de dispersão de London fiquem progressivamente mais fortes. - Embora todas tenham dipolos, a variação no momento dipolar entre
, e não compensa o efeito do aumento das forças de dispersão causado pelo aumento da massa/eletronegatividade relativa. Em outras palavras, para essas moléculas, o fator dominante que controla o ponto de ebulição é a polarizabilidade (forças de London), que cresce com a massa/numero de elétrons.
Passo 5
Aplicando isso aos dados:
-
tem ponto de ebulição . -
tem ponto de ebulição — maior que porque é maior/mais polarizável que , logo forças de dispersão mais fortes => maior energia necessária para evaporar. -
tem ponto de ebulição — maior ainda porque é ainda maior e mais polarizável, então forças de London mais intensas.
Portanto a tendênciaem pontos de ebulição é explicada principalmente pelo aumento das forças de dispersão com o aumento da massa e da polarizabilidade do halogênio.
Passo 6
Um exemplo análogo e intuitivo: os gases nobres também mostram aumento de ponto de ebulição com massa atômica (Ne < Ar < Kr < Xe) por causa das forças de dispersão que aumentam com o tamanho da nuvem eletrônica. Isso ajuda a fixar a ideia: mais elétrons → mais polarizável → mais atração intermolecular instantânea → maior ponto de ebulição.
Passo 7
Por que
foge da tendência (explicação detalhada e didática):
-
tem hidrogênio ligado ao flúor, o átomo mais eletronegativo. Isso torna a ligação H–F extremamente polar: o hidrogênio fica fortemente desprovido de elétrons (quase uma carga parcial positiva) e o flúor fica com grande densidade eletrônica (carga parcial negativa). - Além disso, o flúor é muito pequeno — consequência: o próton do hidrogênio pode chegar relativamente perto do par de elétrons não ligantes do flúor vizinho, criando uma interação direção e relativamente curta que chamamos de ligação de hidrogênio forte.
- Ligações de hidrogênio entre moléculas de
formam cadeias ou agregados associativos (cadeias de ), o que aumenta muito a coesão do líquido. Essas interações são significativamente mais fortes do que as forças de dispersão que governam , , . - Por isso, apesar de
ter massa muito menor, a presença de fortes ligações de hidrogênio faz seu ponto de ebulição ( ) ser maior que os demais haletos de hidrogênio. Em termos simples: efeito da ligação de hidrogênio > efeito do maior número de elétrons em .
Passo 8
Comparação com outro par para fixar a ideia:
- Água (
) versus sulfeto de hidrogênio ( ): tem ponto de ebulição enquanto tem . A diferença vem do mesmo motivo: forma ligações de hidrogênio muito fortes entre moléculas; não (S é maior e menos eletronegativo), então forças de dispersão dominam. Isso é análogo ao contraste vs. .
Passo 9
Resumo final do raciocínio (sintetizando para a prova):
- Para
: tendência de aumento do ponto de ebulição com a massa atômica do halogênio decorrente do aumento da polarizabilidade e, consequentemente, do aumento das forças de dispersão de London. -
é exceção porque, mesmo sendo leve, estabelece ligações de hidrogênio fortes (devido à altíssima eletronegatividade e pequeno raio do F), que elevam muito o ponto de ebulição.
Resposta
a) A tendência
deve-se ao aumento da polarizabilidade (mais elétrons e nuvem eletrônica maior) de
para
para
, o que fortalece as forças de dispersão de London e eleva o ponto de ebulição.\n
b) é exceção porque forma ligações de hidrogênio fortes entre moléculas (H ligado a F muito eletronegativo e F pequeno), que aumentam fortemente a coesão do líquido e, portanto, o ponto de ebulição.
b)