(2,0 pontos) Tendo as seguintes substâncias a seguir:
a) Identifique as substâncias que possuem o mesmo tipo de força química e ordene-as quanto ao aumento do ponto de ebulição justificando sua resposta;
b) Coloque todas substâncias em ordem de aumento do ponto de ebulição justificando ordenamento proposto.
HI HF
a) Identifique as substâncias que possuem o mesmo tipo de força química e ordene-as quanto ao aumento do ponto de ebulição justificando sua resposta;
b) Coloque todas substâncias em ordem de aumento do ponto de ebulição justificando ordenamento proposto.
Passo 1
O enunciado pede duas coisas com as substâncias abaixo:
,
,
,
,
,
,
.
As perguntas são:
- (a) Identificar quais substâncias têm o mesmo tipo predominante de força intermolecular (ou “força química”) e, dentro de cada conjunto de mesmas forças, ordenar as substâncias quanto ao aumento do ponto de ebulição, justificando.
- (b) Colocar todas as substâncias numa única ordem de aumento do ponto de ebulição, justificando esse ordenamento.
Informações relevantes dadas pelo enunciado:
- A lista completa das substâncias fornecidas (veja acima).
- Não há outras condições (pressão, por exemplo), suponha condições ambientais típicas (pressão próxima de
) para comparar pontos de ebulição.
Passo 2
Breve revisão didática (o que são as forças intermoleculares e como elas afetam ponto de ebulição).
- Forças intermoleculares principais, em ordem qualitativa de intensidade crescente típica (para moléculas/compostos comuns):
- Forças de London (dispersion forces) — presentes em todas as moléculas, dominantes em moléculas apolares; aumentam com massa molecular e polarizabilidade.
- Dipolo–dipolo (forças entre dipolos permanentes) — presentes em moléculas polares; são em geral mais fortes que as London de moléculas de massa semelhante.
- Ligações de hidrogênio — caso especial forte de dipolo–dipolo que ocorre quando há
ligado a , ou ; aumenta muito o ponto de ebulição. - Ligações iônicas (interações iônicas) — em sólidos iónicos; pontos de fusão/ebulição geralmente muito altos.
- Redes covalentes (sólidos em rede, ex.:
, (diamante)) — ligações covalentes estendidas que exigem muita energia para romper, dando pontos de fusão/ebulição muito altos.
- Regras práticas para comparar dois compostos:
- Se um tem ligação de hidrogênio (H ligado a N,O,F) e outro não, o primeiro costuma ter ponto de ebulição bem maior (se massas comparáveis).
- Entre dois apolares, o de maior massa/polarizabilidade tem ponto de ebulição maior.
- Entre dois polares com massas próximas, a polaridade (momento dipolar) e capacidade de formar ligações específicas (H-bond) determinam.
- Compostos iônicos e redes covalentes ficam bem acima dos moleculares convencionais.
Passo 3
Classificação das substâncias dada a revisão:
-
: sólido em rede covalente (rede de ligações covalentes Si–O). Força predominante: rede covalente (muito alta energia para romper). -
: composto iônico (praticamente , ). Força predominante: ligações iônicas (altos pontos de fusão/ebulição). -
: molécula polar com ligado a → forma ligações de hidrogênio fortes entre as moléculas. Força predominante: ligação de hidrogênio (além de dipolo e dispersion). -
e : ambas são haletos de hidrogênio; são moléculas polares (dipolo permanente) mas não formam ligação de hidrogênio (H não ligado a N,O,F). Força predominante: dipolo–dipolo (mais London). -
e : moléculas apolares. Força predominante: forças de London (dispersion). Observação: é linear e apolar; é muito mais massiva e mais polarizável que .
Passo 4
Formação dos grupos (substâncias que possuem o mesmo tipo predominante de força intermolecular):
- Grupo “rede covalente”:
(única). - Grupo “iônico”:
(única). - Grupo “ligação de hidrogênio”:
(única nesta lista). - Grupo “dipolo–dipolo/polares (sem H-bond)”:
, . - Grupo “apolares — forças de London”:
, .
Observação pedagógica: mesmo que dois compostos estejam no mesmo grupo, outros fatores (massa molecular, tamanho, polarizabilidade) determinam a ordem dos pontos de ebulição dentro do grupo.
Passo 5
Ordenamento dentro de cada grupo com justificativa (parte a) — grupo por grupo:
-
Grupo apolares (forças de London):
vs . - Justificativa: forças de London aumentam com massa molecular e polarizabilidade. Massa molar aproximada:
, . Logo é muito mais polarizável e tem ponto de ebulição bem maior. - Ordem crescente do ponto de ebulição:
.
- Justificativa: forças de London aumentam com massa molecular e polarizabilidade. Massa molar aproximada:
-
Grupo dipolo–dipolo (polares, sem H-bond):
vs . - Justificativa: ambos têm dipolo, mas
tem átomo mais pesado ( ) que é muito mais polarizável do que , o que aumenta as forças de London em ; além disso, a diferença de eletronegatividade H–I é menor do que H–Cl, mas o efeito dominante para o ponto de ebulição é a maior polarizabilidade de . Assim tem ponto de ebulição maior que . - Ordem crescente do ponto de ebulição:
.
- Justificativa: ambos têm dipolo, mas
-
Grupo ligação de hidrogênio: apenas
(não há comparação interna). -
Grupo iônico: apenas
(não há comparação interna). -
Grupo rede covalente: apenas
(não há comparação interna).
Passo 6
Agora vamos comparar entre os grupos para montar a ordem global (parte b). Regras e pontos de referência:
- Compostos moleculares pequenos e apolares ou polares fracos têm pontos de ebulição baixos (ex.:
, ). - Substâncias que formam H-bond (
) têm pontos de ebulição moderadamente altos (em relação a haletos de hidrogênio leves). - Moléculas massivas e muito polarizáveis (
) têm pontos de ebulição substancialmente maiores. - Compostos iônicos (
) e redes covalentes ( ) têm pontos de fusão/ebulição muito mais altos do que moléculas discretas.
Para fixar referências reais (condições
):
- Ponto de ebulição de
: aproximadamente . - Sublimação/“ponto de sublimação” de
a : aproximadamente (CO não tem líquido a , mas fica como referência: muito baixo). - Ponto de ebulição de
: aproximadamente . - Ponto de ebulição de
: aproximadamente . - Ponto de ebulição de
: aproximadamente (I sublima, mas valores de referência mostram que temperaturas muito maiores que HF). - Pontos de fusão/ebulição de
: ordens de centenas de graus Celsius (p.ex. ponto de fusão aproximado ). - Ponto de fusão/ebulição de
: muito alto, em torno de (rede covalente).
Comparando estes valores (e as razões físicas acima), segue a ordem de aumento do ponto de ebulição.
Passo 7
Montagem final da ordem global (do menor para o maior ponto de ebulição) com justificativa curta e clara:
- Primeiro vem
(mais leve, dipolo fraco → menor ). - Em seguida
(apolar, massa pequena → forças de London pequenas; referência: sublima a ). - Depois
(polo permanente + grande polarizabilidade por → maior que HCl). - Em seguida
(apesar de leve, forma ligações de hidrogênio — eleva fortemente em comparação a HI). - Depois
(molécula muito pesada e polarizável → grandes forças de London → alto). - Em seguida
(sólido iônico → muito maior que moléculas discretas). - Por fim
(sólido em rede covalente → maior / energia de quebra da rede).
Resposta
(a) Mesmas forças e ordem dentro dos grupos (aumentando ponto de ebulição):
Grupo apolar (forças de London):
Grupo dipolo–dipolo (polares, sem H-bond):
Grupo ligação de hidrogênio: (único)
Grupo iônico: (único)
Grupo rede covalente: (único)
Grupo apolar (forças de London):
Grupo dipolo–dipolo (polares, sem H-bond):
Grupo ligação de hidrogênio:
Grupo iônico:
Grupo rede covalente:
(b) Ordem de aumento do ponto de ebulição (do menor ao maior):