A seguinte citação sobre a amônia
é de um livro texto de química inorgânica: “Estima-se que 26% das ligações de hidrogênio em
quebram-se na fusão,
, no aquecimento do ponto de fusão para o ponto de ebulição, e os
finais, na passagem do ponto de ebulição para o ponto de ebulição”. Do ponto de vista da teoria cinética molecular, explique: (a) por que há diminuição nas energias das ligações de hidrogênio durante a fusão; (b) por que a maior parte da perda da ligação de hidrogênio ocorre na transição do estado líquido para o estado de vapor
(a) No estado sólido, as moléculas de
estão arranjadas de forma a formar o maior número possível de ligações de hidrogênio. No ponto de fusão, a energia cinética média das moléculas é grande o suficiente para que elas se movam livremente em relação umas às outras. À medida que se movem, antigas ligações de hidrogênio se rompem e novas se formam, mas a ordem relativa estrita necessária para a formação máxima de ligações de hidrogênio não está mais presente.
(b) No estado líquido, as moléculas se movem umas em relação às outras enquanto estão em contato, o que torna possível alguma ligação de hidrogênio. Quando as moléculas atingem energia cinética suficiente para se vaporizar, a distância entre elas aumenta além do ponto em que as ligações de hidrogênio podem se formar.
(a) No estado sólido, as moléculas de
(b) No estado líquido, as moléculas se movem umas em relação às outras enquanto estão em contato, o que torna possível alguma ligação de hidrogênio. Quando as moléculas atingem energia cinética suficiente para se vaporizar, a distância entre elas aumenta além do ponto em que as ligações de hidrogênio podem se formar.
Passo 1
O enunciado traz que em
estima-se que
das ligações de hidrogênio se rompem na fusão, mais
ao aquecer do ponto de fusão até o de ebulição e os
restantes na vaporização. O conteúdo é teoria cinética molecular aplicada à quebra de ligações intermoleculares, e vamos usar o conceito de energia cinética média, calor latente de fusão e de vaporização e potencial de ligação para entender esses percentuais.
Passo 2
Pela teoria cinética molecular, a temperatura está ligada à energia cinética média das moléculas. Para romper ligações de hidrogênio, parte do calor fornecido aumenta a energia potencial do sistema, vencendo o poço de potencial que mantém as moléculas próximas. Esse “investimento” de energia ocorre nos calores latentes e na energia de aquecimento.
Passo 3
Na fusão, fornecemos o calor latente de fusão, que é suficiente para desorganizar o arranjo cristalino e romper parte das ligações de hidrogênio rígidas. Como no sólido as moléculas estão em posições fixas otimizando muitas ligações, romper esse arranjo consome energia, mas o líquido ainda retém boa parte do networking de H-bonding, daí o valor moderado de
.
Passo 4
Ao aquecer o líquido de
até
, damos energia cinética extra às moléculas, aumentando a frequência de vibrações e rotações. Assim, ligações de hidrogênio se rompem e se reformam continuamente, mas sem desagregar totalmente o líquido. Esse processo quebra só mais
das ligações, pois ainda há forte atração intermolecular mantendo o líquido coeso.
Passo 5
Na vaporização, o calor latente de vaporização provê energia suficiente para que as moléculas superem as forças de atração restantes e se afastem além do alcance de qualquer ligação de hidrogênio. Essa ruptura definitiva exige muito mais energia, correspondendo a
das ligações originais.
Resposta
(a) Durante a fusão, o calor latente fornece energia para desorganizar o arranjo cristalino e romper parte das ligações de hidrogênio, mas o líquido ainda mantém boa coesão, resultando em quebra de só
das ligações.
(b) Na transição líquido–vapor, o calor de vaporização é bem maior porque as moléculas precisam afastar-se além do alcance das ligações de hidrogênio, razão pela qual das ligações são finalmente rompidas.
(b) Na transição líquido–vapor, o calor de vaporização é bem maior porque as moléculas precisam afastar-se além do alcance das ligações de hidrogênio, razão pela qual