9- Na identificação de dois isômeros de fórmula molecular
determinou-se os pontos de ebulição dos dois compostos como sendo
e
. Sabendo-se que um dos isômeros era um éter e o outro um álcool, identifique os dois compostos, associando os respectivos pontos de ebulição e justificando sua resposta. Embora os dois isômeros anteriores apresentem pontos de ebulição bem distintos, ambos os compostos têm a mesma solubilidade em água,
. Como você explica este fato?
Passo 1
O enunciado dá as seguintes informações e pede duas coisas claras:
- Fórmula molecular dos isômeros:
. - Um isômero é um éter; o outro é um álcool.
- Pontos de ebulição medidos:
e . - Ambos têm a mesma solubilidade em água:
(p/p).
Perguntas que devemos responder:
- Identificar qual composto (nome e fórmula estrutural) corresponde a cada ponto de ebulição e justificar por que aquele ponto de ebulição pertence a esse isômero.
- Explicar por que, apesar de terem pontos de ebulição tão diferentes, ambos têm a mesma solubilidade em água.
Passo 2
Primeiro vamos listar rapidamente os isômeros possíveis (sem decidir ainda): para
há isômeros que são álcoois e isômeros que são éteres.
- Álcoois (alguns exemplos):
(1-butanol), (2-butanol), (isobutanol), (tert-butanol). - Éteres (alguns exemplos):
(dietil éter), (metoxipropano), (metóxisopropano).
Anote: o enunciado exige associar os pontos de ebulição e justificar — então precisamos comparar propriedades intermoleculares desses tipos de moléculas.
Passo 3
Conceito essencial (aula rápida e prática): o que determina o ponto de ebulição?
- Pontos de ebulição aumentam quando as forças intermoleculares entre moléculas do líquido são maiores.
- Tipos principais de forças intermoleculares (em ordem típica de intensidade para moléculas pequenas orgânicas): ligações de hidrogênio (quando presentes) > forças dipolo‑dipolo > forças de London (dispersão).
- Explicação do que é ligação de hidrogênio: é uma interação forte entre um hidrogênio ligado a um átomo muito eletronegativo (O, N, F) em uma molécula e um par de elétrons não ligante em outro átomo eletronegativo em outra molécula. Para que exista ligação de hidrogênio entre moléculas A e B, A precisa ter um H ligado a O/N/F (doador) e B precisa ter um par de elétrons (aceptor).
- No caso prático: álcoois possuem o grupo
, então podem atuar como doadores e aceptores de ligações de hidrogênio (têm H ligado a O e também o par não ligante no O). Éteres têm o átomo de oxigênio com pares não ligantes (podem ser aceptores), mas não têm H ligado ao O — portanto não podem doar ligações de hidrogênio entre moléculas idênticas (só aceitam H‑bond de moléculas que doem, como água).
Conclusão deste passo: espera‑se que um álcool puro apresente ligações H intermoleculares fortes entre suas moléculas e, portanto, ponto de ebulição muito maior que um éter de massa molar parecida, que depende só de dipolo e London.
Passo 4
Aplicando o conceito aos candidatos e aos pontos dados:
- Ambos (álcool e éter) têm a mesma massa molar (mesma fórmula), então massa não explica a diferença grande entre
e . - O grande divisor de águas é a presença do grupo
(álcool) que permite ligações de hidrogênio intermoleculares fortes → ponto de ebulição alto; o éter, sem H ligado ao O, não tem essas ligações entre suas próprias moléculas → ponto de ebulição muito mais baixo. - Entre os álcoois de cadeia C4, o que tem maior ponto de ebulição é o alcool primário linear (
-butanol) porque tem menos ramificação (moléculas menos compactas costumam ter maior área de contato para forças de London) e mantém ligações H eficientes. Valores experimentais conhecidos (uso prático para identificação): o ponto de ebulição do , cuja fórmula estrutural é , é aproximadamente (que arredondado dá ). - Entre éteres possíveis, o
tem ponto de ebulição experimental bem baixo, aproximadamente (arredondando: ). Outros éteres isoméricos (como metoxipropano) teriam pontos de ebulição diferentes, mas o valor típico e bem conhecido de cerca de corresponde precisamente ao dietil éter.
Portanto, a associação natural, justificada pelas diferenças de ligações intermoleculares, é: -
→ éter: (dietil éter). -
→ álcool: (1‑butanol).
Passo 5
Mostrar por que isso não é coincidência (comentário comparativo com outros isômeros):
- Exemplos de pontos de ebulição de outros álcoois C4 mostram a sensibilidade à estrutura:
ebula por volta de , por volta de , por volta de . Todos são bem mais altos que porque todos têm . Logo casaria melhor com o n‑butanol linear. - Isso reforça a identificação: a presença de
eleva muito o ponto de ebulição em comparação com éteres de massa semelhante.
Passo 6
Agora a segunda pergunta: por que ambos apresentam a mesma solubilidade em água (
p/p), apesar de pontos de ebulição tão diferentes?
Explicação didática, passo a passo:
Explicação didática, passo a passo:
- Para dissolver em água, dois fatores importantes competem:
- Interações favoráveis entre o soluto e a água (p.ex. ligações de hidrogênio soluto–água e interações dipolo–dipolo).
- Custo de separar as moléculas do soluto entre si (energia necessária para romper as interações soluto–soluto) e custo de abrir lugar na estrutura de água.
- O álcool (
) pode doar e aceitar ligações de hidrogênio com água, o que favorece solubilidade. O éter (dietil éter) só pode aceitar ligações de hidrogênio (oxigênio com pares livres) — ainda assim pode interagir bem com água como aceitador. - Porém ambos têm cadeias hidrocarbonadas de quatro carbonos que são hidrofóbicas e diminuem muito a solubilidade. Em outras palavras, o grupo
grande favorece agregação hidrofóbica e limita quanto da molécula cabe ser estabilizada por interações com água. - Outro ponto: o álcool forte se auto‑associa por ligações H (álcool‑álcool), isto causa um custo extra para separá‑los e solvatá‑los por água; esse custo reduz a solubilidade apesar da capacidade de formar H‑bonds com água. No éter, a auto‑associação é mais fraca, mas também tem menos capacidade de doar H‑bond para a água. Assim, efeitos opostos (capacidade de doar H‑bond versus forte auto‑associação; e o caráter hidrofóbico do trecho
) tendem a se compensar. - Resultado prático: para cadeias de quatro carbonos com um único oxigênio, a solubilidade em água fica baixa (da ordem de poucos por cento até ~10% em massa) para ambos os tipos. Por isso tanto o dietil éter quanto o 1‑butanol apresentam solubilidade parecida em água — o grupo oxigênio confere alguma afinidade com água, mas a longa parte hidrocarbonada limita fortemente quanto se dissolve.
- Conclusão qualitativa: o grande efeito sobre o ponto de ebulição vem das diferenças na natureza das interações soluto–soluto (ligações H no álcool versus ausência delas no éter). Já a solubilidade na água depende do balanço entre grupo polar (
) e a porção hidrofóbica ( ); como esse balanço é parecido nos dois isômeros, a solubilidade final é parecida (~ p/p).
Passo 7
Resumo final de identificação e justificativa curta (última checagem lógica):
- O composto com
tem ponto de ebulição muito baixo — característica de um éter leve com massa molar compatível: dietil éter . Justificativa: ausência de doador de H‑bond entre moléculas leva a forças intermoleculares fracas e baixa temperatura de ebulição. - O composto com
tem ponto de ebulição alto — característica de um álcool com capaz de formar ligações de hidrogênio intermoleculares fortes: 1‑butanol . Justificativa: ligações de hidrogênio intermoleculares elevam fortemente o ponto de ebulição. - A solubilidade igual em água é explicada pelo mesmo balanço entre a parte polar (oxigênio) e a parte apolar (cadeia de 4 carbonos) em ambas as moléculas, além de efeitos compensatórios entre capacidade de doação de H‑bond e forte auto‑associação do álcool.
Resposta
Éter:
(dietil éter) —
Álcool: (1‑butanol) —
Álcool: