Explique os seguintes dados:
Composto
P.E.
1-Butanol
117,5
2-butanol
99,5
2-metil-2-propanol
82,2
| Composto | P.E.
|
| 1-Butanol | 117,5 |
| 2-butanol | 99,5 |
| 2-metil-2-propanol | 82,2 |
Passo 1
O enunciado pede que eu explique por que esses compostos têm pontos de ebulição diferentes. Dados fornecidos (peguei os valores da tabela do enunciado):
Não há outras informações no enunciado. A tarefa é explicar a origem dessa ordem de pontos de ebulição.
Passo 2
Princípio físico básico (aulas rápidas): o ponto de ebulição de uma substância aumenta quando as forças intermoleculares entre as moléculas do líquido são maiores. Para transformar líquido em vapor precisamos fornecer energia para vencer essas forças; quanto maiores elas forem, maior será a entalpia de vaporização e, usualmente, maior o ponto de ebulição. Portanto, para comparar pontos de ebulição olhamos quais forças intermoleculares são mais fortes em cada caso.
Passo 3
Quais forças intermoleculares existem nos álcoois (e o que elas significam)?
- Forças de London (dispersion forces): forças induzidas por flutuações momentâneas de carga. Dependem da massa e, importante aqui, da área/forma de contato entre moléculas — moléculas mais alongadas têm maior área de contato e geram forças de dispersão mais fortes.
- Dipolo-dipolo: álcoois têm um grupo
polar, então há interação entre dipolos permanentes. - Ligações de hidrogênio (H-bonding): tipo especial e forte de interação dipolo-dipolo quando há
ligado a (ou , ). No caso dos álcoois, cada molécula pode doar um (do ) e também aceitar H-bond pelo par de elétrons do oxigênio.
Passo 4
Verificação importante: massa molecular
Todos os três isômeros têm a mesma fórmula molecular, isto é,
Todos os três isômeros têm a mesma fórmula molecular, isto é,
Logo, diferenças de massa molecular não explicam a diferença nos pontos de ebulição — devemos procurar diferenças na forma (geometria) e na capacidade de interagir entre si.
Passo 5
Efeito da forma (ramificação) nas forças de dispersão
- A molécula linear
tem maior superfície de contato entre moléculas vizinhas do que a molécula mais ramificada . Mais superfície de contato → forças de dispersão maiores → maior tendência a permanecer no líquido → ponto de ebulição mais alto. - Ramificação reduz a área de contato e, portanto, enfraquece as forças de London. Por isso compostos mais ramificados têm, em geral, pontos de ebulição menores que seus isômeros lineares de mesma massa.
Passo 6
Efeito sobre as ligações de hidrogênio (H-bonding)
- Todos têm grupo
e, portanto, potencial para formar ligações de hidrogênio intermoleculares. - Contudo, a eficácia dessas H-bonds depende de acesso estérico ao sítio
. Em álcoois primários (como ) o grupo é relativamente exposto e pode formar H-bonds com facilidade, permitindo redes intermoleculares mais extensas. - Em álcoois terciários (como
, o tert-butanol) o oxigênio e o hidrogênio estão rodeados por grupos metila volumosos — há impedimento estérico. Isso dificulta a aproximação ideal entre moléculas para formar H-bonds fortes/eficientes, reduzindo a intensidade média das H-bonds intermoleculares. - Álcoois secundários (como
) ficam entre os dois casos: conseguem formar H-bonds, mas com um pouco mais de impedimento estérico do que o primário.
Passo 7
Juntando os efeitos (síntese lógica)
- Para cada molécula, as contribuições relevantes são: força de dispersão (maior em moléculas menos ramificadas) e eficácia das H-bonds (melhor quando menos impedimento estérico).
-
: linear → maior área de contato (mais fortes forças de London) e pouco impedido → H-bonding eficiente. Resultado: maior ponto de ebulição ( ). -
: secundário → alguma ramificação reduz ligeiramente as forças de London e há maior impedimento estérico em torno do comparado ao primário → H-bonding ainda ocorre, mas um pouco menos efetiva → ponto de ebulição intermediário ( ). -
: terciário e muito ramificado → área de contato pequena (forças de London reduzidas) e forte impedimento estérico ao redor do , o que diminui a formação de H-bonds intermoleculares estendidas → menor ponto de ebulição ( ).
Passo 8
Observação extra que ajuda na prova (receita de bolso)
Quando tiver isômeros com mesma massa:
Quando tiver isômeros com mesma massa:
- Compare capacidade de H-bonding (há
? é primário/ secundário/ terciário?). - Compare ramificação/área superficial: menos ramificado → maiores forças de dispersão → maior ponto de ebulição.
- Combine os dois: um álcool primário linear tende a ter maior ponto de ebulição que álcoois secundários ou terciários isoméricos.
Passo 9
Resumo intuitivo (para fixar): imagine que para evaporar as moléculas “abraçam-se” — quanto melhor o abraço (mais contato e mais H-bonds), mais difícil sair do líquido. O 1-butanol “abraça” melhor que o 2-butanol, que por sua vez “abraça” melhor que o tert-butanol.
Resposta
Ordem dos pontos de ebulição:
.\nRazão: todos têm mesma massa molecular (
), então a diferença vem da intensidade das interações intermoleculares — 1-butanol tem maiores forças de dispersão (maior área de contato) e H-bonding menos impedido; 2-butanol é intermediário; o tert-butanol é mais ramificado e estéricamente impedido, reduzindo tanto as forças de London quanto a eficiência das H-bonds.