Por que
e
são gases,
líquido e
sólido a temperatura ambiente?
Passo 1
Beleza, vamos entender o que a questão tá pedindo. O enunciado pergunta por que as moléculas diatômicas de flúor e cloro (F₂ e Cl₂) são gases à temperatura ambiente, o bromo (Br₂) é líquido e o iodo (I₂) é sólido.
Conteúdo da matéria: estados físicos da matéria e forças intermoleculares (mais especificamente as forças de dispersão de London).
O que vamos precisar:
Conteúdo da matéria: estados físicos da matéria e forças intermoleculares (mais especificamente as forças de dispersão de London).
O que vamos precisar:
- Saber que F₂, Cl₂, Br₂ e I₂ são moléculas apolares;
- Entender o conceito de forças de London (dispersão), que dependem da polarizabilidade da molécula;
- Relacionar massa molar e tamanho da nuvem eletrônica com a intensidade dessas forças e, consequentemente, com o estado físico.
Passo 2
Teoria das forças de dispersão de London:
- Moléculas apolares não têm dipolo permanente, então a única atração entre elas é a flutuação momentânea de elétrons que cria dipolos instantâneos.
- Quanto maior a nuvem eletrônica (ou seja, quanto mais eletrons e maior o átomo), mais fácil ela se distorce — isto é a polarizabilidade.
- Forças de dispersão maiores significam ponto de ebulição e fusão mais altos, pois dá mais trabalho separar as moléculas.
Passo 3
Vamos aplicar isso às moléculas:
- F₂ tem a menor massa molar (≈ 38 g/mol) e nuvem eletrônica pequenininha → polarizabilidade baixa → forças de dispersão fracas → moléculas se afastam fácil → gás.
- Cl₂ é maior que F₂ (massa molar ≈ 71 g/mol), então força de dispersão um pouco maior, mas ainda fraca → ainda gás.
- Br₂ (≈ 160 g/mol) tem nuvem eletrônica bem maior, forças de dispersão suficientes para manter moléculas mais unidas no líquido à temperatura ambiente.
- I₂ (≈ 254 g/mol) é o maior de todos, nuvem eletrônica super polarizável → forças de dispersão bem fortes → moléculas “grudam” até virar sólido.
Passo 4
Resumindo a ordem de aumento das forças de dispersão e dos pontos de ebulição/fusão:
F₂ < Cl₂ < Br₂ < I₂
E, consequentemente, os estados físicos em T ambiente:
F₂ (gás), Cl₂ (gás), Br₂ (líquido), I₂ (sólido).
F₂ < Cl₂ < Br₂ < I₂
E, consequentemente, os estados físicos em T ambiente:
F₂ (gás), Cl₂ (gás), Br₂ (líquido), I₂ (sólido).
Resposta
As moléculas mais pesadas e com nuvem eletrônica maior têm forças de dispersão de London mais intensas. Por isso F₂ e Cl₂ (menor polarizabilidade) são gases, Br₂ é líquido e I₂ (maior polarizabilidade) é sólido à temperatura ambiente.