Questão 2 ( 1,0 Ponto) - Sobre as interações intermoleculares, qual(is) afirmativa(s) é(são) verdadeira(s)?
1 - A intensidade da interação dipolo-dipolo depende apenas do módulo do vetor de momento de dipolo:
II - A ligação de hidrogênio acontece com elementos muito eletronegativos ligado ao H como o Cl:
111 - Todas as espécies realizam interação de dispersão:
IV - A interação dipolo-dipolo induzida não depende da polarizabilidade da espécie.
a) I
b) 1.111
c) 111 e IV
d) 111
e) l e II

Passo 1

O enunciado pede para identificar quais das afirmativas \mathrm{I}, \mathrm{II}, \mathrm{III} e \mathrm{IV} sobre interações intermoleculares são verdadeiras. As afirmativas dadas são:
\mathrm{I} - A intensidade da interação dipolo-dipolo depende apenas do módulo do vetor de momento de dipolo.
\mathrm{II} - A ligação de hidrogênio acontece com elementos muito eletronegativos ligado ao H como o Cl.
\mathrm{III} - Todas as espécies realizam interação de dispersão.
\mathrm{IV} - A interação dipolo-dipolo induzida não depende da polarizabilidade da espécie.
As opções de resposta são:
a) \mathrm{I}
b) \mathrm{I} e \mathrm{III} (observação: no enunciado apareceu “1.111”, interpreto como \mathrm{I} e \mathrm{III})
c) \mathrm{III} e \mathrm{IV}
d) \mathrm{III}
e) \mathrm{I} e \mathrm{II}

Passo 2

Entender o que é momento de dipolo e como ele aparece nas interações dipolo-dipolo. O momento de dipolo elétrico de uma molécula é um vetor definido como
\vec{\mu} = q \cdot \vec{d},
onde q é a carga efetiva separada e \vec{d} é o vetor que vai do polo negativo ao polo positivo (então \vec{\mu} tem direção e sentido). O módulo \mu = |\vec{\mu}| informa “quanto” de separação de carga existe, mas a direção importa quando duas moléculas interagem. A energia eletrostática entre dois dipolos permanentes separados por distância r (no regime clássico, para r muito maior que o tamanho das moléculas) é dada por
U(\vec{r}) = \frac{1}{4\pi\varepsilon_0 r^{3}}\left(\vec{\mu}_1\cdot\vec{\mu}_2 - 3(\vec{\mu}_1\cdot\hat{r})(\vec{\mu}_2\cdot\hat{r})\right),
onde \varepsilon_0 é a permissividade do vácuo, \hat{r} é o versor que aponta de um dipolo ao outro, e \vec{\mu}_1,\vec{\mu}_2 são os vetores momento de dipolo das duas moléculas. Expliquei a fórmula para você ver dois pontos importantes: (1) aparecem produtos escalares entre vetores, ou seja, depende das orientações relativas; (2) há dependência com r^{-3}. Conclusão direta: a intensidade da interação dipolo-dipolo não depende apenas do módulo \mu — depende também das direções relativas (orientação) e da distância. Portanto a afirmativa \mathrm{I} é falsa.

Passo 3

Sobre ligação de hidrogênio: conceitualmente, uma ligação de hidrogênio ocorre quando um átomo de hidrogênio ligado covalentemente a um átomo muito eletronegativo e pequeno (tipicamente \mathrm{N}, \mathrm{O} ou \mathrm{F}) estabelece interação com um par de elétrons não-ligantes (lone pair) numa outra molécula ou grupo funcionais. Características importantes que permitem H-bond forte: alto grau de polarização da ligação X\!-\!H (com X=\mathrm{N,O,F}), e presença de par eletrônico concentrado no aceitador. O cloro ( \mathrm{Cl}) é eletronegativo, mas é grande e difuso; ligações \mathrm{Cl}\!-\!H não produzem os fortes campos e pares de elétrons pontuais como \mathrm{O},\mathrm{N},\mathrm{F}. Assim, afirmativas do tipo “H-bond com \mathrm{Cl}” são, em geral, incorretas para a definição comum de ligação de hidrogênio ensinada nas disciplinas; alguns casos muito fracos e especiais podem ser discutidos, mas não são a regra. Portanto a afirmativa \mathrm{II} (que diz que H-bond acontece com elementos muito eletronegativos ligados ao H como o \mathrm{Cl}) é falsa.

Passo 4

Interações de dispersão (forças de London): explicação didática. Mesmo átomos ou moléculas não polares têm elétrons que se movem e momentaneamente geram dipolos instantâneos. Esse dipolo instantâneo induz um dipolo em átomos/moléculas vizinhas, resultando em uma interação atrativa chamada força de dispersão. Esta é uma propriedade eletrônica universal: não importa se a espécie é apolar, polar, átomo nobre ou molécula grande — sempre há flutuações eletrônicas. Exemplos úteis: gases nobres como \mathrm{Ar} e \mathrm{Ne} só se condensam (viram líquido) devido a forças de dispersão; hidrocarbonetos apolares têm pontos de ebulição diferentes precisamente por causa de diferenças na intensidade das dispersões (que aumentam com o tamanho/polarizabilidade). Conclusão: a afirmativa \mathrm{III} (“Todas as espécies realizam interação de dispersão”) é verdadeira.

Passo 5

Interação dipolo — dipolo induzido (ou dipolo permanente induzindo dipolo numa vizinha): mecanismo e dependência da polarizabilidade. Quando uma molécula com dipolo permanente gera um campo elétrico \vec{E} numa vizinhança, ela pode induzir um dipolo numa molécula vizinha. O dipolo induzido é proporcional ao campo aplicado:
\vec{\mu}_{\text{ind}} = \alpha \vec{E},
onde \alpha é a polarizabilidade da espécie induzida (medida de quão facilmente sua nuvem eletrônica se deforma). A energia dessa interação (escala de distância) costuma variar como -constante \times \alpha \mu^2 / r^{6} (ou seja, depende de \alpha e do quadrado do momento permanente \mu e decai rapidamente com r). Em palavras: quanto mais polarizável é a molécula, maior será o dipolo induzido e mais forte a interação. Logo, a afirmativa \mathrm{IV} (“A interação dipolo-dipolo induzida não depende da polarizabilidade”) contradiz a física microscópica do efeito: é falsa.

Passo 6

Resumindo o que já concluímos, explicitamente para cada afirmativa:
\mathrm{I} — falsa (depende de orientações e distância, não só do módulo).
\mathrm{II} — falsa (H-bond típico com \mathrm{N}, \mathrm{O}, \mathrm{F}; \mathrm{Cl} não é aceito como exemplo correto aqui).
\mathrm{III} — verdadeira (forças de dispersão existem entre todas as espécies).
\mathrm{IV} — falsa (interação induzida depende da polarizabilidade \alpha).
Portanto apenas \mathrm{III} é verdadeira. Comparando com as opções do enunciado, a opção que corresponde é a letra d), que indica apenas \mathrm{III}.

Resposta

d) \mathrm{III}

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