Identifique, apresentando suas razões, que substância em cada par tem, provavelmente, - ponto de fusão normal mais alto (as estruturas de Lewis podem ajudar nos argumentos):
ou
ou
Passo 1
O enunciado pede para identificar, com justificativas, qual das duas substâncias tem, provavelmente, o ponto de fusão normal mais alto:
-
(iodoformo) -
(fluoroformo)
Informações dadas: apenas as fórmulas químicas dos dois compostos. Objetivo: decidir qual tende a ter maior ponto de fusão e explicar por quê.
Passo 2
Conceitos essenciais (explicados de forma didática):
- Ponto de fusão normal é a temperatura à qual um sólido funde à pressão de
. - Fatores que mais influenciam o ponto de fusão (resumo prático):
- Forças intermoleculares: quanto mais fortes, maior tendência do sólido resistir à fusão → ponto de fusão maior. Tipos principais:
- Forças de London (dispersion forces): surgem por flutuações instantâneas da nuvem eletrônica; aumentam com a polarizabilidade e com a massa/área da superfície eletrônica da molécula.
- Forças dipolo–dipolo: entre moléculas com dipolo permanente; dependem do momento dipolar.
- Ligações de hidrogênio: muito fortes (ausentes nos nossos casos porque não há H ligado a O, N ou F com capacidade de H-bond aqui).
- Empacotamento cristalino e simetria: moléculas que se empacotam bem no sólido (geometria favorável, interação complementar) têm pontos de fusão mais altos.
- Massa molecular: moléculas mais pesadas tendem a ter forças de London maiores (por terem nuvens eletrônicas maiores).
- Forças intermoleculares: quanto mais fortes, maior tendência do sólido resistir à fusão → ponto de fusão maior. Tipos principais:
- Regra prática para decidir: compare massa/polarizabilidade (favorece molécula pesada e rica em elétrons) versus presença de dipolo permanente (favorece molécula polar). Muitas vezes, se uma molécula for muito mais pesada e muito mais polarizável, as forças de London dominam e ela terá ponto de fusão maior mesmo que a outra seja mais polar.
Passo 3
Calcular massas molares aproximadas (usar massas atômicas inteiras aproximadas para estimativa rápida):
- Para
: - Para
:
Interpretação:
é muito mais pesada (≈
) que
(≈
).
Passo 4
Explicação sobre polarizabilidade e forças de London:
- Átomos de iodo têm nuvens eletrônicas muito maiores e mais difundidas do que átomos de flúor; por isso são muito mais polarizáveis.
- Polarizabilidade alta → flutuações instantâneas maiores → forças de London (forças de dispersão) muito mais fortes.
- Como
tem três iodos e grande massa eletrônica, suas forças de London são fortíssimas comparadas às de , que tem três flúorzinhos bem pequenos e pouco polarizáveis.
Passo 5
Discussão sobre dipolo permanente (dipolo–dipolo):
-
tende a ser uma molécula polar: ligações C–F são fortemente polares (flúor é muito eletronegativo), e com a presença do hidrogênio desequilibrando a simetria, existe um momento dipolar permanente razoável em . Isso favorece forças dipolo–dipolo entre moléculas de . -
é, na prática, menos polar (os I são pouco eletronegativos comparados ao F, e a grande polarizabilidade tende a suavizar dipolos permanentes); portanto as forças dipolo–dipolo em são fracas ou moderadas. - Comparação:
tem vantagem nas forças dipolo–dipolo; tem vantagem muito maior nas forças de dispersão.
Passo 6
Ausência de ligação de hidrogênio e efeito do empacotamento:
- Nenhum dos dois forma ligações de hidrogênio clássicas (não há H ligado a O, N ou F que possa formar H-bond intermolecular forte suficiente para comparar).
- Quanto ao empacotamento, moléculas grandes e pesadas com átomos volumosos (como I) podem estabelecer interações halogênio–halogênio e encaixes no cristal que reforçam a coesão do sólido; isso tende a aumentar o ponto de fusão de
.
Passo 7
Combinação de todos os fatores e conclusão lógica:
-
: muito maior massa molecular, altíssima polarizabilidade (átomos de iodo), forças de London muito fortes; empacotamento sólido favorecido por I grandes. -
: molécula leve, menos polarizável; tem dipolo permanente (forças dipolo–dipolo moderadas) mas isso não compensa a grande diferença nas forças de dispersão a favor de . - Regra prática aplicada: quando uma molécula é muito mais pesada e muito mais polarizável, as forças de dispersão dominam e determinam um ponto de fusão muito maior, mesmo se a outra molécula for mais polar.
Passo 8
Evidência experimental qualitativa (útil como checagem rápida):
- Na prática experimental conhecida,
é um sólido (iodoformo, cristalino) em condições ambientes, enquanto é um gás refrigerante em condições ambientes; isso confirma que possui ponto de fusão (e, na verdade, ponto de ebulição) muito maior que . (Aqui a observação experimental apenas corrobora o raciocínio físico anterior.)