Considere três substâncias \mathrm{CH}_{4}, \mathrm{NH}_{3} e \mathrm{H}_{2} \mathrm{O} e três temperaturas de ebulição: 373 \mathrm{~K}, 112 \mathrm{~K} e 240 K . Levando-se em conta a estrutura e a polaridade das moléculas destas substâncias, pedese:
a) Correlacionar as temperaturas de ebulição às substâncias.
b) Justificar a correlação que você estabeleceu.

Passo 1

O enunciado nos dá três substâncias — \mathrm{CH}_{4}, \mathrm{NH}_{3} e \mathrm{H}_{2}\mathrm{O} — e três temperaturas de ebulição: 373\\ \mathrm{K}, 112\\ \mathrm{K} e 240\\ \mathrm{K}. O conteúdo aqui é a correlação entre ponto de ebulição e forças intermoleculares, em especial polaridade e ligações de hidrogênio.

Passo 2

Vamos converter as temperaturas de Kelvin para graus Celsius para facilitar a comparação com os valores conhecidos:
373\\ \mathrm{K} - 273 = 100\\ ^\circ\mathrm{C},\quad 240\\ \mathrm{K} - 273 = -33\\ ^\circ\mathrm{C},\quad 112\\ \mathrm{K} - 273 = -161\\ ^\circ\mathrm{C}.

Passo 3

Comparando com os pontos de ebulição conhecidos de cada substância na Tabela Periódica ou em manuais de química:
– Água ( \mathrm{H}_{2}\mathrm{O}) ebule a 100\\ ^\circ\mathrm{C}.
– Amônia ( \mathrm{NH}_{3}) ebule a aproximadamente -33\\ ^\circ\mathrm{C}.
– Metano ( \mathrm{CH}_{4}) ebule a aproximadamente -161,5\\ ^\circ\mathrm{C}.
A razão dessa ordem está na força das interações intermoleculares: maior força intermolecular leva a maior ponto de ebulição, pois é preciso mais energia para separar as moléculas no líquido.

Passo 4

Analisando \mathrm{CH}_{4}: esta molécula é tetraédrica e não polar, portanto só apresenta forças de London (dispersion forces) muito fracas. Isso explica o menor ponto de ebulição, em torno de -161\\ ^\circ\mathrm{C} (ou 112\\ \mathrm{K}).

Passo 5

Analisando \mathrm{NH}_{3}: a molécula é trigonal piramidal e polar. Além das forças de London, há dipolo–dipolo e a capacidade de formar ligações de hidrogênio (cada molécula doa três H e aceita no par lone pair de N). Essas interações são moderadas, resultando em ponto de ebulição intermediário ( -33\\ ^\circ\mathrm{C}, ou 240\\ \mathrm{K}).

Passo 6

Analisando \mathrm{H}_{2}\mathrm{O}: a molécula é angular e muito polar, com dois átomos de H doadores e dois pares isolados que aceitam ligações de hidrogênio. Forma uma extensa rede de H-bonds, exigindo muita energia para a ebulição. Por isso o ponto de ebulição é o mais alto ( 100\\ ^\circ\mathrm{C}, ou 373\\ \mathrm{K}).

Resposta

373 K \to \mathrm{H}_{2}\mathrm{O} 240 K \to \mathrm{NH}_{3} 112 K \to \mathrm{CH}_{4}

Exercícios relacionados