O metano (
) tem um ponto de ebulição muito menor do que o da água. Explique esse comportamento com base na ligação entre moléculas em cada uma das duas substâncias.
9. O ponto de fusão do potássio é
, enquanto o do titânio é
. Qual a explicação para esta grande diferença entre as temperaturas de fusão?
9. O ponto de fusão do potássio é
Passo 1
O enunciado traz duas perguntas de química física:
- Por que o metano
tem ponto de ebulição muito mais baixo que a água ? - Por que o potássio metálico funde a
enquanto o titânio funde a ?
O conteúdo envolve forças intermoleculares (no caso do metano e da água) e força de ligação metálica (no caso do potássio e do titânio).
Passo 2
O metano
é uma molécula apolar cuja única interação entre vizinhas são forças de London (induções momentâneas de dipolo). Essas forças são fracas (tipicamente 1–5 kJ/mol), logo basta pouca energia térmica para vencer a atração e passar para a fase gasosa, resultando em ponto de ebulição muito baixo (≈
).
Já a água é polar e forma ligações de hidrogênio entre as moléculas (cada O puxa fortemente o H de outra molécula), com energias de 20 a 40 kJ/mol. Essas ligações são muito mais fortes que as interações de London, exigindo temperatura bem maior (
C à pressão normal) para romper a rede e ebulitar.
Já a água
Passo 3
No potássio metálico o cátion
é grande e cada átomo doa apenas um elétron de valência para o “mar” de elétrons. A densidade eletrônica de ligação é baixa, gerando ligações metálicas relativamente fracas e, portanto, ponto de fusão baixo
.
No titânio cada átomo contribui com vários elétrons (do orbital e
) para a ligação metálica e os cátions
têm raio menor, aumentado a densidade eletrônica entre núcleos vizinhos. Essa forte atração rendição–elétron/núcleo eleva muito a energia necessária para fundir o material, resultando em ponto de fusão altíssimo
.
No titânio cada átomo contribui com vários elétrons (do orbital
Resposta
- O metano tem apenas forças de London (fracas), enquanto a água forma ligações de hidrogênio (fortes).
- O potássio, com um elétron de valência e cátion grande, gera ligações metálicas fracas; o titânio, com múltiplos elétrons de valência e cátion menor, forma ligações metálicas muito mais fortes, exigindo temperatura de fusão muito maior.