A seguinte citação sobre a amônia \left(\mathrm{NH}_{3}\right) é de um livro texto de química inorgânica: “Estima-se que 26% das ligações de hidrogênio em \mathrm{NH}_{3} quebram-se na fusão, 7 \%, no aquecimento do ponto de fusão para o ponto de ebulição, e os 67 \% 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 \mathrm{NH}_{3} 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.

Passo 1

O enunciado traz que em \mathrm{NH}_3 estima-se que 26\% das ligações de hidrogênio se rompem na fusão, mais 7\% ao aquecer do ponto de fusão até o de ebulição e os 67\% 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 26\%.

Passo 4

Ao aquecer o líquido de T_{\text{fusão}}ã até T_{\text{ebulição}}çã, 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 7\% 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 67\% 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 26\% 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 67\% das ligações são finalmente rompidas.

Exercícios relacionados