As propriedades físicas de líquidos e sólidos moleculares estão relacionadas às forças intermoleculares. Descreva as forças intermoleculares que devem ser rompidas para se converter cada um dos itens seguintes de um líquido para um gás:
Passo 1
O enunciado pede: "Descreva as forças intermoleculares que devem ser rompidas para se converter cada um dos itens seguintes de um líquido para um gás:
".
Informações dadas: a única espécie a analisar é a molécula (metanol). A tarefa é identificar quais interações entre moléculas no estado líquido precisam ser vencidas para que a substância passe ao estado gasoso.
Informações dadas: a única espécie a analisar é a molécula
Passo 2
Entendendo a molécula: vamos ver a estrutura e por que ela gera certos tipos de atrações. A molécula de metanol tem um grupo metila ligado a um grupo hidroxila; em notação estrutural simplificada:
.
- O átomo de oxigênio é mais eletronegativo que o carbono e o hidrogênio, então as ligações
e especialmente são polares. - O oxigênio possui pares isolados (lone pairs) que podem interagir com hidrogênios de outras moléculas.
Conclusão rápida:é uma molécula polar e pode tanto ter dipolo-dipolo como formar ligações de hidrogênio.
Passo 3
Breve “aula” sobre os tipos de forças intermoleculares relevantes (explicação passo a passo, sem supor conhecimento prévio):
- Forças de London (forças de dispersão): aparecem em todas as moléculas, mesmo nas apolares. São geradas por flutuações temporárias na distribuição eletrônica que induzem dipolos instantâneos e atraem moléculas vizinhas. São fracas para moléculas pequenas, mas sempre presentes. Analogia: pequenas puxadinhas momentâneas entre nuvens de elétrons.
- Interações dipolo–dipolo permanentes: ocorrem quando moléculas polares (com pólos positivos e negativos permanentes) se alinham de forma que pólos opostos se atraem. Mais fortes que forças de London típicas em moléculas pequenas e polares.
- Ligações de hidrogênio: são um caso especialmente forte de dipolo–dipolo que ocorre quando um hidrogênio ligado a átomos muito eletronegativos (
, , ) interage com um par livre (lone pair) desses átomos em outra molécula. São significativamente mais fortes que dipolo–dipolo comuns, mas muito menores que ligações covalentes. Analogia: são “ganchos” entre moléculas — fáceis de desfazer com calor, mas importantes para manter o líquido coeso.
Passo 4
Aplicando ao metanol (
):
- Presença de forças de London: sim — entre as cadeias
e entre elétrons das moléculas (sempre presentes). - Presença de interações dipolo–dipolo: sim — a ligação
e tornam a molécula polar, então há atrações entre pólos opostos de moléculas diferentes. - Presença de ligações de hidrogênio: sim — o hidrogênio ligado ao oxigênio (
) pode formar uma ligação de hidrogênio com um par livre do oxigênio de outra molécula. Pode ser representado informalmente como (onde os pontos indicam a ligação de hidrogênio). Essas ligações são a principal razão do metanol ter ponto de ebulição relativamente alto para sua massa molar.
Na vaporização (passagem líquido → gás) ocorre que as moléculas se separam e deixam de interagir entre si; portanto, a energia fornecida (calor de vaporização) é usada para vencer essas interações intermoleculares. Para
o estágio mais energético a ser superado são as ligações de hidrogênio; após quebrar muitos desses “ganchos” as moléculas podem afastar-se e o gás formado terá moléculas essencialmente isoladas, em que restam apenas forças de London muito fracas entre colisões.
Passo 5
Esclarecimento importante (muito útil para prova): ao converter líquido em gás normalmente NÃO se quebram ligações covalentes internas à molécula (por exemplo a ligação
ou
dentro de uma única molécula permanece intacta). O que se rompe são as interações intermoleculares (entre moléculas). Só se houver decomposição ou reações químicas é que as ligações covalentes seriam rompidas — isso não é o caso no simples processo de vaporização.
Passo 6
Resumo prático que você pode escrever rápido numa prova (frase curta e direta, mas correta): para
deve-se vencer, por ordem de importância, as ligações de hidrogênio (principal), as interações dipolo–dipolo (consequência da polaridade
e
) e, de forma sempre presente, as forças de London (dispersão).