Questão 6. Determine quais interações moleculares estão presentes e categorize com relação a força entre as misturas:
a.
, Acetona
a.
Passo 1
O enunciado pede: determinar quais interações moleculares estão presentes na mistura entre
e acetona (acetona escrita como
ou
) e categorizar essas interações em relação à força (ou seja, dizer quais são mais fortes e quais são mais fracas).
Informações relevantes dadas ou conhecidas (sem resolver ainda):
Informações relevantes dadas ou conhecidas (sem resolver ainda):
- A água é
. Tem ligações , é muito polar e atua tanto como doadora quanto como aceitadora de ligações de hidrogênio. - A acetona é
. Tem um grupo carbonila com oxigênio com pares eletrônicos não ligados; não tem H ligado a O, N ou F (logo, não é doadora de ligação de hidrogênio), mas é polar e pode aceitar ligações de hidrogênio no oxigénio da carbonila. - O que se pede: listar todas as interações relevantes (entre água-água, acetona-acetona e água-acetona) e ordenar/qualificar por força.
Passo 2
Conceitos essenciais (aula rápida, bem mastigada):
- Definição de ligação de hidrogênio: uma interação entre um hidrogênio parcialmente positivo ligado a um átomo muito eletronegativo (
, ou ) e um par eletrônico não ligado em outro átomo eletronegativo (por exemplo o oxigênio de uma carbonila). A ligação de hidrogênio é relativamente forte entre as interações intermoleculares; tipicamente tem ordens de grandeza de energia de ligação aproximadas entre e (varia muito conforme o caso). - Dipolo–dipolo: interação eletrostática entre moléculas polares que têm momentos dipolares permanentes; é mais fraca que ligações de hidrogênio típicas, frequentemente algumas
. - Forças de London (forças de dispersão): interações induzidas por flutuações instantâneas de carga; existem entre todas as moléculas, mais importantes em moléculas grandes e facilmente polarizáveis; geralmente são as mais fracas quando comparadas com ligações de hidrogênio e dipolo–dipolo para moléculas pequenas.
- Como identificar no enunciado: procurar hidrogênios ligados a O, N ou F (doadores), procurar átomos com pares de elétrons livres (aceptores), e verificar se as moléculas têm momento dipolar (são polares) para dipolo–dipolo.
Passo 3
Aplicando os conceitos aos protagonistas:
- Interações entre
e (água–água): - Presença de ligação de hidrogênio forte porque cada água tem
(doadores) e pares livres no oxigênio (aceptores). Além disso há dipolo–dipolo e forças de dispersão, mas a característica dominante é a rede extensa de ligações de hidrogênio.
- Presença de ligação de hidrogênio forte porque cada água tem
- Interações entre acetona e acetona (
– ): - Não há hidrogênio ligado a O, N ou F na acetona, então não há doação de ligação de hidrogênio entre duas acetona. Há, porém, dipolo–dipolo (o grupo carbonila é polar) e forças de dispersão devido aos grupos metila. Logo, acetona–acetona = dipolo–dipolo + dispersão.
- Interações entre
e acetona (mistura): - A água pode doar
em para o oxigênio da carbonila da acetona, que tem pares eletrônicos. Portanto existe ligação de hidrogênio do tipo água (doadora) → acetona (aceitadora). - Além disso haverá dipolo–dipolo (a acetona é polar e a água é polar) e forças de dispersão.
- A água pode doar
Observação pedagógica: para saber se há ligação de hidrogênio entre duas espécies, basta verificar se uma delas tem
ligado a
(possível doador) e a outra tem um átomo eletronegativo com par de elétrons não ligado (possível aceitador). Aqui isso ocorre:
(doa) → oxigênio da
da acetona (aceita).
Passo 4
Comparação qualitativa das forças (ordem de força e justificativa):
- Forças mais fortes: ligações de hidrogênio envolvendo água. Há duas situações a comparar: água–água e água–acetona.
-
: ligações de hidrogênio muito fortes e uma rede extensa (cada molécula pode formar até 4 ligações de hidrogênio em arranjos sólidos/liquidos ideais), o que dá coesão alta à água. -
: também há ligação de hidrogênio (a água doa, a acetona aceita), porém geralmente essa ligação é menos forte do que a média água–água porque a acetona não doa H e a geometria / polarização do par da carbonila e do da água não favorece uma rede tão cooperativa quanto entre águas. Em resumo: ligações H água–agua costumam ser mais fortes e mais cooperativas que H água–acetona, embora ambas sejam significativas.
-
- Forças intermediárias/mais fracas: dipolo–dipolo entre moléculas polares sem ligação de hidrogênio. Ex.: acetona–acetona (interação dipolo–dipolo entre carbonilas).
- Forças mais fracas: forças de London (dispersão), presentes em todas as moléculas; para moléculas pequenas como água e acetona, a contribuição é menor comparada às interações polares/H-bond.
Portanto a ordenação qualitativa por intensidade típica (da mais forte para a mais fraca) é:
Passo 5
Consequências práticas e dicas para a prova (resumão amigável):
- Misturabilidade: por haver ligação de hidrogênio água→acetona e por ambas serem polares,
e acetona são totalmente miscíveis em todas as proporções — dica útil para perguntas sobre solubilidade. - Como identificar rápido em prova: se aparecer
, ou numa das espécies e a outra tiver , ou com pares não ligados, anote “H-bond possível”. Se não houver H ligado a mas houver moléculas polares, espere dipolo–dipolo. Sempre escreva também “forças de dispersão” porque elas existem sempre. - Lembre-se: “presença de H-bond” normalmente domina o comportamento físico (ponto de ebulição, solubilidade), então priorize isso na resposta.
Resposta
Interações presentes:
: ligação de hidrogênio (forte) + dipolo–dipolo + dispersão.
Interações presentes: : dipolo–dipolo + dispersão.
Interações presentes: : ligação de hidrogênio (água doa H, acetona aceita no O da carbonila) + dipolo–dipolo + dispersão.
Interações presentes:
Interações presentes:
Ordem qualitativa de força (da mais forte para a mais fraca):