Indique o tipo de interação intermolecular predominante nas substâncias abaixo, justificando sua resposta com base na estrutura e polaridade de cada molécula:
(metano)
Passo 1
O que o enunciado pede e o que foi dado.
- Pedidos: indicar a interação intermolecular predominante em
(metano) e justificar essa escolha com base na estrutura e polaridade da molécula. - Dados: a fórmula molecular é
. Não há outras informações fornecidas.
Passo 2
Inventário simples das principais interações intermoleculares que costumam aparecer em exercícios e quando cada uma é relevante.
- Forças de dispersão (forças de London): existem entre todas as moléculas; dominam em moléculas apolares ou quando não há ligações fortes tipo
. Origem: flutuações momentâneas da distribuição eletrônica que induzem dipolos instantâneos e induzidos. - Forças dipolo–dipolo: aparecem quando as moléculas têm dipolo permanente (são polares) e as extremidades parcialmente positivas/negativas interagem.
- Ligação de hidrogénio (
): caso particular forte de interação dipolo–dipolo que requer ligado a , ou . - Regra prática: se a molécula é apolar, a interação predominante costuma ser dispersão de London; se é polar sem H ligado a
, predominam dipolo–dipolo; se há com , pode haver .
Passo 3
Analisar a polaridade das ligações
no metano.
- Valores de eletronegatividade de Pauling (aproximados): carbono
e hidrogénio . Escrevendo em TeX:
- Diferença de eletronegatividade:
- Interpretação: uma diferença
de é pequena; portanto cada ligação é essencialmente covalente não muito polar. Em muitos contextos práticos considera-se a ligação praticamente apolar.
Passo 4
Analisar a geometria molecular e o dipolo resultante de
.
- Geometria do metano: tetraédrica com quatro ligações
dispostas simetricamente ao redor do átomo de carbono. - Cada ligação
pode ter um pequeno momento dipolar local (pela pequena ), mas os quatro vetores dipolares, por causa da simetria tetraédrica, cancelam-se dois a dois. - Conclusão desta etapa: o vetor dipolo total da molécula é nulo, ou seja,
é uma molécula apolar (sem dipolo permanente).
Passo 5
Escolher a interação intermolecular predominante com base nas conclusões anteriores.
- Já que
é apolar (dipolo total = zero) e não tem ligado a , as interações dipolo–dipolo e ligação de hidrogénio não são possíveis/ relevantes. - Resta a força de dispersão (London), que sempre existe e, em moléculas apolares, é a interação predominante.
Passo 6
Explicar didaticamente como funcionam as forças de dispersão e por que elas são fracas no caso do metano.
- Mecanismo: as nuvens eletrônicas das moléculas sofrem flutuações instantâneas que criam dipolos temporários; esses dipolos induzem dipolos em moléculas vizinhas, gerando uma atração. Essas são chamadas forças de dispersão de London.
- Dependência: a intensidade das forças de dispersão cresce com a polarizabilidade (mais elétrons, maior capacidade de gerar dipolos instantâneos) e com a área de contato entre moléculas.
- No caso de
: é uma molécula pequena, com poucos elétrons e baixa polarizabilidade → forças de London presentes, porém fracas. Isso explica propriedades físicas como o ponto de ebulição muito baixo do metano (estado gasoso a temperatura ambiente).
Passo 7
Resumo final e justificativa curta, pronta para a prova.
- Por ser composta por ligações
pouco polares ( ) e por ter geometria tetraédrica que cancela quaisquer dipolos locais, é uma molécula apolar. Assim, a interação intermolecular predominante é a força de dispersão de London (forças de Van der Waals do tipo dispersão).
Resposta
Forças de dispersão de London (forças de Van der Waals do tipo dispersão).