Qual membro de cada um dos seguintes pares de compostos tem o ponto de ebulição mais alto? Justifique.
a) \mathrm{O}_{2} ou \mathrm{N}_{2}

Passo 1

O enunciado pede para compararmos o ponto de ebulição de \mathrm{O}_{2} e \mathrm{N}_{2}. O conteúdo envolvido é o de forças intermoleculares, em especial as forças de London (dipolo induzido). Para resolver, vamos analisar a estrutura e a massa molecular de cada gás e como isso afeta a polarizabilidade e, consequentemente, o ponto de ebulição.

Passo 2

Tanto \mathrm{O}_{2} quanto \mathrm{N}_{2} são moléculas diatômicas não-polares, ou seja, não têm dipolo permanente. Logo, a única força intermolecular relevante entre suas moléculas é a força de dispersão de London, que depende de quão facilmente a nuvem eletrônica pode ser distorcida (polarizabilidade).

Passo 3

A polarizabilidade cresce com o tamanho e a massa molecular: moléculas mais pesadas têm elétrons mais frouxos e mais fáceis de deslocar, gerando dipolos instantâneos mais fortes. A massa molar de \mathrm{O}_{2} é
M(\mathrm{O}_{2}) = 32\quad(\mathrm{g/mol}),
enquanto a de \mathrm{N}_{2} é
M(\mathrm{N}_{2}) = 28\quad(\mathrm{g/mol}).
Como \mathrm{O}_{2} é mais pesado, ele tem maior polarizabilidade e, portanto, forças de dispersão mais intensas.

Passo 4

Forças de dispersão mais fortes exigem mais energia para separar as moléculas (passar ao vapor), elevando o ponto de ebulição. De fato,
T_\mathrm{eb}(\mathrm{O}_{2}) = -183^\circ\mathrm{C},\qquad T_\mathrm{eb}(\mathrm{N}_{2}) = -196^\circ\mathrm{C},
mostrando que \mathrm{O}_{2} ferve a uma temperatura maior que \mathrm{N}_{2}.

Resposta

\mathrm{O}_{2} — devido à maior massa molecular e polarizabilidade, suas forças de dispersão são mais fortes, resultando em ponto de ebulição mais alto.

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