3.2 Qual o fenômeno comum que indica a existência de atrações intermoleculares entre as moléculas de água na fase gasosa?

Passo 1

O enunciado pergunta, de forma direta: qual é o fenômeno comum que indica a existência de atrações intermoleculares entre as moléculas de água na fase gasosa?
Informações dadas: apenas a pergunta — não há números nem figura.

Passo 2

Primeiro, o que seria o comportamento “sem atrações”? Se as moléculas não interagissem entre si (ou as interações fossem desprezíveis), o gás obedeceria à lei dos gases ideais:
pV = nRT.
Aqui \,p é a pressão, \,V o volume ocupado pelo gás, \,n o número de mols, \,R a constante universal dos gases e \,T a temperatura. Na prática, gases reais só se comportam exatamente assim quando estão muito diluídos (baixa pressão, alta temperatura). Esse parágrafo é só pra firmar a referência: “sem atrações” → espera-se pV=nRT.

Passo 3

Para quantificar desvios do comportamento ideal usa‑se o fator de compressibilidade
Z=\frac{pV}{nRT}.
Explicando devagar: \,Z compara o produto medido pV com o valor esperado nRT do gás ideal. Interpretação prática:
  • \,Z=1 indica comportamento ideal (nenhuma variação significativa por interações).
  • \,Z<1 indica que a pressão efetiva é menor que a prevista pelo gás ideal — sinal típico de atração intermolecular predominante.
  • \,Z>1 indica que repulsões de curto alcance predominam (em pressões maiores).
Por que atração faz Z<1? Intuitivamente: se as moléculas se atraem, ao colidirem com as paredes elas transferem menos momento do que se estivessem totalmente independentes — ou parte das moléculas fica temporariamente “ligada” em aglomerados (dimers, trimers), reduzindo o número de partículas livres que batem nas paredes. O resultado é pV menor que nRT, logo Z<1.

Passo 4

Uma forma de ver matematicamente como as atrações entram é pela equação de van der Waals (modelo simples que corrige o gás ideal):
\left(p + a\frac{n^2}{V^2}\right)\left(V - nb\right)=nRT.
Aqui a>0 é um parâmetro que representa a intensidade das forças atrativas entre moléculas e b representa o volume excluído (efeito de repulsão de curto alcance). Isolando p obtemos
p = \frac{nRT}{V-nb} - a\frac{n^2}{V^2}.
O termo -a\frac{n^2}{V^2} reduz a pressão em relação ao valor ideal; essa redução é a assinatura das forças atrativas. Portanto, medir p,V,T e obter Z<1 é um diagnóstico clássico de atração intermolecular.

Passo 5

No caso específico da água gasosa há dois fenômenos práticos observáveis que indicam atrações intermoleculares (principalmente ligações de hidrogênio):
  1. Desvio do comportamento ideal: medições experimentais de p,V,T para vapor de água frequentemente dão Z<1 em certas faixas, indicando atração. Em provas, pede‑se calcular Z a partir de dados e verificar se é menor que 1.
  2. Associação molecular (formação de dímeros e pequenos aglomerados): as moléculas de água formam ligações de hidrogênio mesmo na fase gasosa, gerando dímeros (\text{H}_2\text{O})_2 e outros clusters. Isso pode ser detectado experimentalmente por técnicas espectroscópicas ou espectrometria de massa (aparecem picos correspondentes a dímeros) ou por pressão de vapor efetiva menor do que a prevista. A presença de dímeros reduz o número de partículas livres e também leva a Z<1.

Passo 6

Como você aplicaria isso numa prova (passo a passo prático)?
  • passo 1: a partir dos dados experimentais pegue p, V, n, T.
  • passo 2: calcule \displaystyle Z=\frac{pV}{nRT}.
  • passo 3: compare com 1. Se Z<1, conclua que há indicações de atrações intermoleculares. Se o enunciado mencionar água, comente que essa atração geralmente é por ligação de hidrogênio e pode causar formação de dímeros/aglomerados.
    Esse procedimento é direto e rápido para a prova — não precisa de equipamentos sofisticados, só aplicar a definição de Z.

Passo 7

Resumo didático e motivador: o jeito mais comum e prático de “ver” atrações intermoleculares num gás é observar que o gás não se comporta como ideal — em particular medir Z<1. Para água, essa não‑idealidade costuma estar ligada à formação de dímeros por ligação de hidrogênio, que também é um sinal claro de interação entre moléculas.

Resposta

O desvio do comportamento de gás ideal — em particular o fator de compressibilidade \displaystyle Z=\frac{pV}{nRT} menor que 1 — (frequentemente acompanhado pela formação de dímeros/aglomerados por ligação de hidrogênio no vapor de água).

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