Explique, com base na polaridade, por que:
O tetracloreto de carbono ( \mathrm{CCl}_{4}, apolar) dissolve gordura, mas não se mistura com água.

Passo 1

O enunciado pede que eu explique, com base na polaridade, por que o tetracloreto de carbono \mathrm{CCl}_{4} (apolar) dissolve gordura, mas não se mistura com água.
Informações dadas e implicadas:
  • O solvente: \mathrm{CCl}_{4}, indicado como apolar.
  • Um soluto: “gordura” (lipídio), que tipicamente é formado por longas cadeias hidrocarbônicas — moléculas essencialmente não polares.
  • O outro líquido: água \mathrm{H_{2}O}, que é polar e forma ligação por hidrogênio.
    A pergunta é qualitativa: justificar a diferença de solubilidade/ miscibilidade usando conceitos de polaridade e interações intermoleculares.

Passo 2

O que é polaridade (passo-a-passo didático):
  • Cada ligação entre dois átomos tem, em geral, uma distribuição desigual de elétrons se os átomos tiverem eletronegatividades diferentes; isso cria um dipolo de ligação (um pequeno “+” parcial num átomo e “−” parcial no outro).
  • Um dipolo de ligação é um vetor: tem direção e sentido (aponta do polo positivo para o negativo).
  • A polaridade da molécula inteira (momento dipolar líquido) é a soma vetorial desses dipolos de ligação. Se os dipolos se cancelam por simetria, a molécula pode ser apolar mesmo contendo ligações polares.
    Exemplo rápido e concreto: duas ligações iguais apontando em direções opostas podem se anular; três ou quatro em arranjo simétrico também.

Passo 3

Aplicando ao \mathrm{CCl}_{4}: por que é apolar apesar de \mathrm{C\!-\!Cl} ser polar?
  • Cada ligação \mathrm{C\!-\!Cl} tem um dipolo porque o cloro é mais eletronegativo que o carbono; portanto cada ligação “puxa” nuvem eletrônica para o Cl.
  • A geometria do \mathrm{CCl}_{4} é tetraédrica (átomo de C central ligado a quatro Cl nas pontas de um tetraedro regular).
  • Por simetria tetraédrica, os quatro vetores dipolo \mathrm{C\!-\!Cl} apontam para os vértices do tetraedro e se cancelam mutuamente. Resultado: momento dipolar líquido zero → molécula apolar.
    Resumo intuitivo: há dipolos locais, mas o conjunto é simétrico e não deixa “polo” global na molécula.

Passo 4

Tipos de interações intermoleculares relevantes (explicação prática):
  • Forças de London (ou dispersão): existem entre todas as moléculas; são mais importantes em moléculas apolares e aumentam com tamanho/ polarizabilidade.
  • Dipolo-dipolo e ligações de hidrogênio: ocorrem entre moléculas polares; a ligação de hidrogênio (por ex. entre água) é especialmente forte quando há \mathrm{O\!-\!H} ligado a átomo muito eletronegativo.
  • Regra empírica usada em química orgânica e físico-química: “semelhante dissolve semelhante” (like dissolves like) — ou seja, moléculas polares dissolvem melhor em solventes polares (interações favoráveis), e moléculas apolares dissolvem melhor em solventes apolares (interações de dispersão favoráveis).

Passo 5

Por que \mathrm{CCl}_{4} dissolve gordura (lipídios)?
  • Gorduras/lípidos são constituídas majoritariamente por longas cadeias hidrocarbônicas (C–H e C–C), que são apolares e não formam ligações de hidrogênio nem fortes interações dipolo-dipolo.
  • \mathrm{CCl}_{4} é apolar e relativamente grande/polarizável; suas interações dominantes com outras moléculas apolares são forças de dispersão de London.
  • Quando se mistura \mathrm{CCl}_{4} com gordura, as forças de dispersão entre as moléculas de \mathrm{CCl}_{4} e os hidrocarbonetos são compatíveis e energeticamente favoráveis: não há necessidade de romper uma rede forte (como a rede de H‑ligações da água) nem produzir grandes desordens entropicamente desfavoráveis. Resultado prático: gordura “se solubiliza” em \mathrm{CCl}_{4}.

Passo 6

Por que \mathrm{CCl}_{4} não se mistura com água? (ênfase em polaridade e termodinâmica simples)
  • Água \mathrm{H_{2}O} é polar e forma uma rede extensa de ligações de hidrogênio entre suas moléculas; essa rede é energeticamente estável.
  • Misturar uma molécula apolar grande como \mathrm{CCl}_{4} na água exigiria romper partes da rede de H‑ligações para acomodar a molécula apolar. Contudo, \mathrm{CCl}_{4} não compensa essa quebra: não forma ligações de hidrogênio nem interações dipolo‑dipolo fortes com água — só interações fracas de dispersão.
  • Do ponto de vista termodinâmico, a mudança de energia livre de mistura é
\Delta G_{\text{mix}}=\Delta H_{\text{mix}}-T\Delta S_{\text{mix}}.
Aqui, a mistura água+apolar tende a ter \Delta H_{\text{mix}} pouco favorável (ou levemente positiva) porque não surgem interações fortes novas, e \Delta S_{\text{mix}} pode ser desfavorável porque moléculas de água ficam mais ordenadas ao redor de regiões apolares (efeito hidrofóbico). Então \Delta G_{\text{mix}} fica positivo → mistura não é espontânea → fases separadas (imiscibilidade).
  • Em termos simples: água “prefere” ficar ligada a água por H‑ligações; \mathrm{CCl}_{4} não pode ganhar nada energeticamente pesado com água, então as duas permanecem separadas.

Passo 7

Observação prática extra (por que se vê camadas):
  • Além da incompatibilidade de interações, \mathrm{CCl}_{4} tem densidade maior que a água (valores típicos: \rho_{\mathrm{CCl}_4}\approx 1{,}6\\ \mathrm{g\cdot cm^{-3}} e \rho_{\mathrm{H_2O}}\approx 1{,}0\\ \mathrm{g\cdot cm^{-3}}), por isso, quando colocadas juntas, as duas fases separadas formam camadas — \mathrm{CCl}_{4} fica embaixo e água em cima. (Este ponto explica o comportamento visual, não é a causa primária da imiscibilidade.)

Passo 8

Recapitulando de forma bem direta e motivadora:
  • \mathrm{CCl}_{4} é apolar porque, apesar de ter ligações polares \mathrm{C\!-\!Cl}, a geometria tetraédrica faz os dipolos se cancelarem.
  • Gordura é não polar → interações de dispersão com \mathrm{CCl}_{4} são favoráveis → dissolve.
  • Água é polar e forma ligações de hidrogênio muito fortes; \mathrm{CCl}_{4} não interage favoravelmente com água → mistura é termodinamicamente desfavorável → não se misturam (e formam duas camadas).

Resposta

\mathrm{CCl}_{4} dissolve gordura porque ambas são apolares e interagem favoravelmente por forças de dispersão (“like dissolves like”); não se mistura com água porque água é polar e forma fortes ligações de hidrogênio que não são recompensadas por interações com \mathrm{CCl}_{4}, tornando a mistura termodinamicamente desfavorável (imiscibilidade).

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