1. Indique o tipo de interação soluto-solvente que deve ser mais importante em cada uma das seguintes soluções: (a) \mathrm{CCl}_{4} em benzeno \left(\mathrm{C}_{6} \mathrm{H}_{6}\right); (b) \mathrm{CaCl}_{2} em água; (e) propano em água; (d) HCl em acetonitrila \left(\mathrm{CH}_{3} \mathrm{CN}\right).

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) \mathrm{CCl}_{4} em benzeno \left(\mathrm{C}_{6}\mathrm{H}_{6}\right).
  • (b) \mathrm{CaCl}_{2} em água.
  • (c) propano \left(\mathrm{C}_{3}\mathrm{H}_{8}\right) em água.
  • (d) \mathrm{HCl} em acetonitrila \left(\mathrm{CH}_{3}\mathrm{CN}\right).
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.: \mathrm{CCl}_4 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 \mathrm{HCl} e \mathrm{CH_3CN}.
  • 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 \mathrm{H} ligado a um elemento muito eletronegativo (tipicamente \mathrm{O}, \mathrm{N}, \mathrm{F}) e esse \mathrm{H} 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.: \mathrm{Na^+} ou \mathrm{Ca^{2+}} 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:
  • \mathrm{CCl}_4 é uma molécula tetraédrica com ligações \mathrm{C}\!-\!\mathrm{Cl} polares, mas a geometria simétrica faz com que o momento dipolar líquido seja praticamente zero → molécula apolar (ou muito pouco polar).
  • \mathrm{C_6H_6} (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 \mathrm{CCl}_4 tenha ligações polares, a simetria cancela o dipolo global; logo a atração entre \mathrm{CCl}_4 e \mathrm{C_6H_6} vem da polarizabilidade das nuvens eletrônicas (dispersão). É por isso que \mathrm{CCl}_4 mistura bem com benzeno — “apolar com apolar”.

Passo 4

Identificação das propriedades relevantes:
  • \mathrm{CaCl_2} é um composto iônico (sólido consiste em \mathrm{Ca^{2+}} e \mathrm{Cl^-}).
  • 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 ( \text{O}) em direção a \mathrm{Ca^{2+}} e as extremidades parcialmente positivas ( \text{H}) em direção a \mathrm{Cl^-}. Esse processo chama-se hidratação (solvatação).
Explicação didática curta:
  • Íon–dipolo é forte porque envolve cargas formais ( \mathrm{Ca^{2+}},\mathrm{Cl^-}) 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:
  • \mathrm{C_3H_8} (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:
  • \mathrm{HCl} é uma molécula polar e é um ácido (pode doar prótons em meios apropriados).
  • \mathrm{CH_3CN} (acetonitrila) é um solvente polar aprotico com um átomo de nitrogênio com par eletrônico livre (o grupo \,-\mathrm{C}\equiv\mathrm{N} 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 \mathrm{HCl} 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 \mathrm{HCl}\cdots \mathrm{NCCH_3}).
  • Dependendo da força do ácido e do meio, pode ocorrer parcial ionização ( \mathrm{HCl}\to \mathrm{H^+}+\mathrm{Cl^-}) 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 \mathrm{CH_3CN}, 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 \mathrm{H} ligado a \mathrm{O}, \mathrm{N} ou \mathrm{F} 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 \mathrm{Ca^{2+}} e \mathrm{Cl^-}).
(c) Dipolo–induzido / dispersão (interações muito fracas); efeito hidrofóbico leva à baixa solubilidade.
(d) Ligação de hidrogénio / dipolo–dipolo dirigido entre \mathrm{HCl} e o \mathrm{N} da \mathrm{CH_3CN} (com possível ionização parcial e íon–dipolo em condições que favoreçam dissociação).

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