- Indique o tipo de interação soluto-solvente que deve ser mais importante em cada uma das seguintes soluções: (a)
em benzeno
; (b)
em água; (e) propano em água; (d) HCl em acetonitrila
.
Passo 1
O enunciado pede que eu indique qual é o tipo de interação soluto–solvente que deve ser mais importante em cada uma das soluções abaixo. Os pares a analisar (peguei estes nomes do enunciado) são:
- (a)
em benzeno . - (b)
em água. - (c) propano
em água. - (d)
em acetonitrila .
O que preciso dar para cada caso: o tipo de interação soluto–solvente que domina (por exemplo: forças de London / dispersão, dipolo–dipolo, ligação de hidrogénio, íon–dipolo, etc.) e por que essa interação é a mais importante.
Passo 2
Pequena revisão dos tipos de interação entre moléculas (pra usar como “caixa de ferramentas” na resolução). Vou explicar cada uma de forma simples e com exemplos curtos, porque isso é o que vão cobrar na prova:
-
Forças de London (dispersão): são interações entre dipolos instantâneos induzidos por flutuações da nuvem eletrônica. Estão presentes entre todas as moléculas, mas são as únicas relevantes quando tanto soluto quanto solvente são apolares. Ex.:
com benzeno — ambos apolares — interagem por dispersão. -
Dipolo–dipolo (polares permanentes): quando ambas as moléculas têm dipolo permanente (ou momentâneo orientado), há atração entre extremidades parciais positivas e negativas. Ex.: moléculas polares como
e . -
Dipolo induzido (dipolo–induzido): uma molécula polar pode induzir um dipolo numa molécula apolar próxima; essa interação é mais fraca que dipolo–dipolo, mas pode ser importante quando um componente é polar e o outro apolar.
-
Ligação de hidrogénio (H-bond): caso particular forte de dipolo–dipolo quando há um
ligado a um elemento muito eletronegativo (tipicamente , , ) e esse interage com um par de elétrons de outra molécula. Ex.: água fazendo H-bonds com outros doadores/aceitadores adequados. -
Íon–dipolo: quando o soluto é iônico (ou se ioniza) e o solvente é polar, as interações entre íons e dipolos do solvente são muito fortes. Ex.:
ou hidratados em água.
Ordem prática de força (típica, não absoluta): íon–dipolo > ligação de hidrogénio > dipolo–dipolo > dipolo–induzido / dispersão (mas dispersão cresce com tamanho e polarizabilidade).
Dica de prova (regra de ouro): “like dissolves like” — substâncias polares/iónicas tendem a dissolver melhor em solventes polares; substâncias apolares, em solventes apolares.
Passo 3
Identificação das propriedades relevantes:
-
é uma molécula tetraédrica com ligações polares, mas a geometria simétrica faz com que o momento dipolar líquido seja praticamente zero → molécula apolar (ou muito pouco polar). -
(benzeno) é um solvente apolar aromático.
Qual interação domina?
- Quando soluto e solvente são apolares, a interação soluto–solvente dominante é a interação de dispersão (forças de London), que resulta de flutuações eletrônicas e dipolos instantâneos induzidos.
Explicação didática curta:
- Mesmo que
tenha ligações polares, a simetria cancela o dipolo global; logo a atração entre e vem da polarizabilidade das nuvens eletrônicas (dispersão). É por isso que mistura bem com benzeno — “apolar com apolar”.
Passo 4
Identificação das propriedades relevantes:
-
é um composto iônico (sólido consiste em e ). - Água é um solvente polar com alto momento dipolar e boa capacidade de solvatização (ligações de hidrogénio entre moléculas de água).
Qual interação domina?
- A interação soluto–solvente mais importante é a interação íon–dipolo: as moléculas de água orientam suas extremidades parcialmente negativas (
) em direção a e as extremidades parcialmente positivas ( ) em direção a . Esse processo chama-se hidratação (solvatação).
Explicação didática curta:
- Íon–dipolo é forte porque envolve cargas formais (
) interagindo com dipolos permanentes da água; é muito mais forte que simples dipolo–dipolo ou dispersão. Em provas: ao ver um sal iônico em água, já grifa “íon–dipolo” como resposta imediata.
Passo 5
Identificação das propriedades relevantes:
-
(propano) é um hidrocarboneto apolar, sem grupos polares nem átomos capazes de formar H-bond com água. - Água é polar e faz H-bonds entre si.
Qual interação domina (entre soluto e solvente)?
- A interação direta soluto–solvente é muito fraca: essencialmente forças de dispersão (dipolo–induzido / London) entre as moléculas de propano e moléculas de água. Essas interações são fracas comparadas às ligações de hidrogénio água–água.
Efeito prático (importante para a prova):
- Por causa dessas fracas interações, propano é praticamente insolúvel em água. O que costuma ser destacado em provas é o “efeito hidrofóbico”: quando hidrocarbonetos estão em água, a água prefere manter suas ligações de hidrogénio, forçando uma organização mais ordenada (gaiolas) ao redor da molécula apolar — isso reduz entropia e torna a mistura desfavorecida. Então, embora a interação soluto–solvente seja dispersão/dipolo–induzido, o fenômeno observado (pouca solubilidade) tem forte causa termodinâmica ligada ao comportamento da água.
Passo 6
Identificação das propriedades relevantes:
-
é uma molécula polar e é um ácido (pode doar prótons em meios apropriados). -
(acetonitrila) é um solvente polar aprotico com um átomo de nitrogênio com par eletrônico livre (o grupo tem grande densidade eletrônica no N), portanto pode atuar como aceitador de ligação de hidrogénio ou como base fraca.
Qual interação domina?
- A interação soluto–solvente mais importante é a interação do tipo ligação de hidrogénio (ou interação ácido–base molecular) entre o hidrogênio parcialmente positivo do
e o par de elétrons do nitrogênio da acetonitrila — na prática isso é uma forte interação dipolo–dipolo dirigida (às vezes descrita como H-bond ou complexo ). - Dependendo da força do ácido e do meio, pode ocorrer parcial ionização (
) com formação de interações íon–dipolo (porém em solvente aprotico puro a ionização completa é muito menos favorável do que em água). Então a primeira resposta segura é: H-bond / dipolo–dipolo direcionado; considerar ion–dipolo apenas se houver evidência de ionização.
Explicação didática curta:
- Em provas, quando tiver um ácido molecular em um solvente polar aprotico que tem um átomo com par eletrônico (N, O), pense primeiro em interação H (ácido) —> N (base). Se o solvente fosse muito bom em estabilizar íons (como água), diria “ion–dipolo” porque haveria dissociação. Em
, espera-se mais um complexo H-bond/coordenação.
Passo 7
- Se o soluto é iônico ou se dissocia em íons → responda “íon–dipolo” com solvente polar.
- Se há
ligado a , ou e o solvente tem par livre adequado → pense em ligação de hidrogénio. - Se ambos soluto e solvente são apolares → forças de London (dispersão).
- Se um é polar e outro apolar → dipolo–induzido (ou dipolo–induzido + dispersão), e espere baixa solubilidade se o solvente for altamente H-bonding (água).
- Lembre-se: “ordem de forças” para julgar importância prática (íons/ion–dipolo forte; H–bond forte; dipolo–dipolo médio; dispersão/dipolo–induzido fraco, mas cresce com massa/polarizabilidade).
Resposta
(a) Forças de dispersão (London).
(b) Íon–dipolo (hidratação de e
).
(c) Dipolo–induzido / dispersão (interações muito fracas); efeito hidrofóbico leva à baixa solubilidade.
(d) Ligação de hidrogénio / dipolo–dipolo dirigido entre e o
da
(com possível ionização parcial e íon–dipolo em condições que favoreçam dissociação).
(b) Íon–dipolo (hidratação de
(c) Dipolo–induzido / dispersão (interações muito fracas); efeito hidrofóbico leva à baixa solubilidade.
(d) Ligação de hidrogénio / dipolo–dipolo dirigido entre