1. Explicar por que as seguintes aminas, apesar de possuírem praticamente a mesma massa molar, possuem valores de temperatura de ebulição tão diferentes. Etano1,2diamina ( \mathrm{Te}=117^{\circ} \mathrm{C} ); propilamina ( \mathrm{Te}=47,8^{\circ} \mathrm{C} ); N-metiletilamina ( \mathrm{Te}=37^{\circ} \mathrm{C} ); trietilamina ( \mathrm{Te}=2,9^{\circ} \mathrm{C} ). Desenhar as estruturas dos compostos.

Passo 1

O enunciado pede duas coisas:
  1. Explicar por que quatro aminas com massas molares comparáveis têm temperaturas de ebulição muito diferentes.
  2. Desenhar (mostrar) as estruturas desses compostos.
Dados fornecidos (valores de temperatura de ebulição):
  • Etano-1,2-diamina: T_{\mathrm{eb}} = 117^\circ\mathrm{C}.
  • Propilamina: T_{\mathrm{eb}} = 47{,}8^\circ\mathrm{C}.
  • N‑metiletilamina (etilmetilamina): T_{\mathrm{eb}} = 37^\circ\mathrm{C}.
  • Trietilamina: T_{\mathrm{eb}} = 2{,}9^\circ\mathrm{C}.
O objetivo é justificar essas diferenças com base nas estruturas e nas forças intermoleculares e mostrar as estruturas moleculares.

Passo 2

Desenhos das estruturas (representação linear clara):
  • Etano-1,2-diamina (etilenodiamina):
\mathrm{H}_2\mathrm{N}-\mathrm{CH}_2-\mathrm{CH}_2-\mathrm{NH}_2
  • Propilamina (1-propanamina):
\mathrm{CH}_3-\mathrm{CH}_2-\mathrm{CH}_2-\mathrm{NH}_2
  • N‑metiletilamina (etilmetilamina, amina secundária):
\mathrm{CH}_3-\mathrm{NH}-\mathrm{CH}_2-\mathrm{CH}_3
(ou escrito como \mathrm{CH}_3\!-\!\mathrm{N}(\mathrm{H})\!-\!\mathrm{CH}_2\mathrm{CH}_3)
  • Trietilamina (amina terciária):
\mathrm{N}(\mathrm{CH}_2\mathrm{CH}_3)_3

Passo 3

Mini‑aula (passo a passo) sobre forças intermoleculares relevantes — o que preciso lembrar para entender ebulição:
  1. Forças intermoleculares determinam quanto de energia (calor) é preciso para transformar o líquido em vapor. Quanto mais fortes as forças, maior a temperatura de ebulição.
  2. Tipos principais aqui:
  • Forças de London (dispersion): existem em todas as moléculas; dependem da superfície de contato e polarizabilidade (cadeias maiores/mais lineares → maior efeito).
  • Dipolo–dipolo: entre moléculas polares (moléculas com momento dipolar).
  • Ligações de hidrogênio (H‑lig): caso importante para aminas. É uma interação forte entre um átomo de hidrogênio ligado a um átomo eletronegativo (no caso das aminas, \mathrm{N}-\mathrm{H}) e um par de elétrons não ligantes em outro átomo eletronegativo (o nitrogênio de outra molécula). Ligações de hidrogênio elevam fortemente o ponto de ebulição.
  1. Definições práticas para identificar H‑ligação:
  • Doadores de H (H‑donor): átomos H ligados a N, O ou F. Se a molécula tem \mathrm{N}-\mathrm{H}, ela pode doar H‑ligações.
  • Aceitadores de H (H‑acceptor): átomos com pares livres (no caso, o nitrogênio tem par não ligante), que podem receber a ligação de hidrogênio.
  • Quantidade e facilidade de formar H‑ligações (número de doadores e acesso ao par livre) controlam muito o T_{\mathrm{eb}}.

Passo 4

Aplicando a teoria a cada composto — análise detalhada e comparativa:
  1. Etano-1,2-diamina \mathrm{H}_2\mathrm{N}-\mathrm{CH}_2-\mathrm{CH}_2-\mathrm{NH}_2:
  • Tem duas unidades \mathrm{N}-\mathrm{H}: dois H doadores por molécula.
  • Tem dois pares livres (um em cada N) — dois aceitadores possíveis.
  • Consequência: pode formar uma rede intermolecular extensa de ligações de hidrogênio (cada molécula pode ligar-se a várias vizinhas). Essas múltiplas H‑ligações significam que é necessário muito mais calor para separar as moléculas e vaporizar — por isso T_{\mathrm{eb}} = 117^\circ\mathrm{C}, bem alto.
  1. Propilamina \mathrm{CH}_3-\mathrm{CH}_2-\mathrm{CH}_2-\mathrm{NH}_2 (amina primária):
  • Tem uma unidade \mathrm{N}-\mathrm{H}: um H doador por molécula; também um par livre em N como aceitador.
  • Pode formar ligações de hidrogênio intermoleculares, mas menos “conectividade” do que a diamina (apenas um doador).
  • Resultado: existe H‑ligação, então o ponto de ebulição é consideravelmente mais alto do que compostos sem H‑donor, mas bem menor do que a diamina com dois doadores. Por isso T_{\mathrm{eb}} = 47{,}8^\circ\mathrm{C}.
  1. N‑metiletilamina \mathrm{CH}_3-\mathrm{NH}-\mathrm{CH}_2-\mathrm{CH}_3 (amina secundária):
  • Também tem uma unidade \mathrm{N}-\mathrm{H}: um H doador por molécula (como a propilamina).
  • Entretanto, a presença do grupo metil ligado ao N muda um pouco a eletronegatividade efetiva e a acidez do H ligado ao N (o H em aminas secundárias tende a ser ligeiramente menos polar/menos ácido do que em primárias em alguns casos) e a geometria/estericidade ao redor do N pode dificultar H‑ligações tão eficazes quanto na primária linear.
  • Além disso, propilamina e etilmetilamina têm a mesma fórmula bruta (isômeros), mas a diferença na distribuição de grupos e na polaridade faz o etilmetilamina formar ligações intermoleculares um pouco menos eficientes.
  • Resultado: T_{\mathrm{eb}} = 37^\circ\mathrm{C}, cerca de 10^\circ\mathrm{C} menor que a propilamina por causa de ligeira redução na eficácia das H‑ligações e diferenças de polaridade/forma.
  1. Trietilamina \mathrm{N}(\mathrm{CH}_2\mathrm{CH}_3)_3 (amina terciária):
  • NÃO tem H ligado ao nitrogênio: nenhum H doador ( \mathrm{N}-\mathrm{H} ausente).
  • Tem um par livre no nitrogênio (aceitador), mas sem H doador a molécula não pode formar ligações de hidrogênio intermoleculares fortes — só pode participar como aceitador de H‑ligação se houver outro doador presente (por exemplo, com água), mas entre moléculas de trietilamina praticamente não se formam H‑ligações.
  • Além disso, os três grupos etila criam proteção estérica do par livre e aumentam a forma “mais voluminosa/ramificada”, reduzindo a área de contato eficiente para forças de dispersion.
  • Consequência: forças intermoleculares fracas (apenas dispersão e dipolo fraco), resultando em baixo ponto de ebulição T_{\mathrm{eb}} = 2{,}9^\circ\mathrm{C}.

Passo 5

Resumo comparativo e ordem de ebulição:
  • A presença e o número de H‑doadores ( \mathrm{N}-\mathrm{H}) é o fator mais decisivo aqui.
  • Etano-1,2-diamina (dois doadores) >> propilamina (um doador) > N‑metiletilamina (um doador, mas menos eficaz) >> trietilamina (nenhum doador).
  • Ordem decrescente de T_{\mathrm{eb}}:
\text{Etano-1,2-diamina} > \text{Propilamina} > \text{N‑metiletilamina} > \text{Trietilamina}.

Passo 6

Observações finais e dicas para prova (como reconhecer rápido):
  • Pergunta rápida que você pode fazer no exame ao ver uma amina: a) o nitrogênio tem H ligado? (sim → pode doar H‑ligação; não → não doa). b) Quantos H ligados ao N? (mais doadores → maior T_{\mathrm{eb}}). c) A molécula é linear ou muito ramificada/voluminosa? (mais superfície → dispersion maior → aumenta T_{\mathrm{eb}}). d) Há impedimento estérico ao redor do N que dificulte aceitar H‑lig? (aumenta volatilidade).
  • Use esse checklist mental para explicar diferenças de ebulição entre isômeros ou homologos de aminas.

Resposta

\mathrm{H}_2\mathrm{N}-\mathrm{CH}_2-\mathrm{CH}_2-\mathrm{NH}_2,\\ T_{\mathrm{eb}}=117^\circ\mathrm{C} — duas ligações \mathrm{N}-\mathrm{H} (dois doadores) → forte rede de ligações de hidrogênio → alto T_{\mathrm{eb}}.
\mathrm{CH}_3-\mathrm{CH}_2-\mathrm{CH}_2-\mathrm{NH}_2,\\ T_{\mathrm{eb}}=47{,}8^\circ\mathrm{C} — amina primária, um \mathrm{N}-\mathrm{H} → H‑ligação presente, T_{\mathrm{eb}} intermediário.
\mathrm{CH}_3-\mathrm{NH}-\mathrm{CH}_2-\mathrm{CH}_3,\\ T_{\mathrm{eb}}=37^\circ\mathrm{C} — amina secundária, um \mathrm{N}-\mathrm{H} mas H‑ligação menos eficaz (efeito estérico/polaridade) → T_{\mathrm{eb}} menor que a primária.
\mathrm{N}(\mathrm{CH}_2\mathrm{CH}_3)_3,\\ T_{\mathrm{eb}}=2{,}9^\circ\mathrm{C} — amina terciária sem \mathrm{N}-\mathrm{H} (nenhum doador), apenas forças de dispersão/dipolo fracas → muito baixo T_{\mathrm{eb}}.

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