1. Qual dos seguintes em cada par é provavelmente o mais solúvel em água: (a) CO , ou \mathrm{CaCl}_{2}; (b) benzeno \left(\mathrm{C}_{6} \mathrm{H}_{6}\right) ou fenol \left(\mathrm{C}_{6} \mathrm{H}_{5} \mathrm{OH}\right) ? Explique sua resposta em cada caso.

Passo 1

O exercício apresenta duas comparações e pede que eu escolha, em cada par, qual é provavelmente o mais solúvel em água e justifique:
  • (a) comparar \mathrm{CO} e \mathrm{CaCl}_2;
  • (b) comparar benzeno \left(\mathrm{C}_6\mathrm{H}_6\right) e fenol \left(\mathrm{C}_6\mathrm{H}_5\mathrm{OH}\right).
Informações relevantes fornecidas pelo enunciado:
  • São os pares de substâncias que devo comparar quanto à solubilidade em água.
  • Não há valores numéricos no enunciado — espera-se uma justificativa qualitativa baseada nas propriedades das moléculas.

Passo 2

Conceito-chave: “Like dissolves like” (semelhante dissolve semelhante).
  • Explicação didática: a solubilidade depende da afinidade entre soluto e solvente. Água é um solvente polar que forma ligações de hidrogênio e fortes interações íon-dipolo. Substâncias iônicas ou polares que interagem bem com água tendem a ser solúveis; substâncias apolares não interagem bem e tendem a ser pouco solúveis.
  • O que é polaridade e por que importa: uma molécula polar tem separação de cargas (dipolo) que permite interações elétricas com as moléculas de água. Moléculas apolares não formam essas interações e ficam “repelidas” pela rede de água.
  • Outro conceito importante: para sais iônicos, a dissolução envolve ruptura da rede cristalina (energia consumida, chamada energia reticular) e formação de hidratação (liberação de energia ao interagir com água). Se a energia de hidratação compensa suficientemente a energia reticular, o sal dissolve bem.

Passo 3

Analisando o par (a): \mathrm{CO} versus \mathrm{CaCl}_2.
  • Natureza de \mathrm{CaCl}_2: é um sal iônico formado por \mathrm{Ca}^{2+} e \mathrm{Cl}^-. A equação simplificada da dissolução é
\mathrm{CaCl}_2(s)\longrightarrow \mathrm{Ca}^{2+}(aq)+2\,\mathrm{Cl}^{-}(aq).
Água estabiliza esses íons por interações íon-dipolo fortes e pela solvatração/hidratação (moléculas de água orientam suas extremidades parcialmente negativas/positivas para os íons).
  • Consequência prática: sais como \mathrm{CaCl}_2 costumam ser muito solúveis em água quando a energia de hidratação supera a energia reticular. Além disso, \mathrm{CaCl}_2 é higroscópico e libera calor ao dissolver — sinais de boa solubilidade.
  • Natureza de \mathrm{CO}: é uma molécula neutra, diatômica, com dipolo muito pequeno (quase apolar comparado a água) e é um gás à temperatura ambiente. Gases apolares ou pouco polares têm solubilidade limitada em água; sua dissolução segue a lei de Henry e é geralmente baixa.
  • Conclusão para (a): como água favorece íons e moléculas polares, \mathrm{CaCl}_2 (iônico) é muito mais solúvel em água do que \mathrm{CO} (molécula neutra/ gasosa com baixa interação com água).

Passo 4

Analisando o par (b): \mathrm{C}_6\mathrm{H}_6 (benzeno) versus \mathrm{C}_6\mathrm{H}_5\mathrm{OH} (fenol).
  • Estrutura e polaridade:
    • Benzeno é um anel aromático inteiramente constituído por ligações C–H e C–C; é essencialmente apolar e não pode formar ligações de hidrogênio com água. Por isso, benzeno tem baixa solubilidade em água.
    • Fenol tem o mesmo anel aromático, mas possui o grupo funcional -\mathrm{OH} ligado ao anel. Esse grupo -\mathrm{OH} é polar e pode tanto doar quanto aceitar ligações de hidrogênio com moléculas de água.
  • Importância das ligações de hidrogênio: quando um soluto pode formar ligações de hidrogênio com água, a interação soluto–solvente aumenta muito, elevando a solubilidade.
  • Ionização parcial do fenol: fenol é um ácido fraco com \mathrm{p}K_a da ordem de \approx 10. Isso significa que em solução aquosa e dependendo do pH, uma parte do fenol pode se desprotonar formando o íon fenolato \mathrm{C}_6\mathrm{H}_5\mathrm{O}^-. O ânion é mais solúvel por ser carregado (interações íon-dipolo com água). Mesmo em pH neutro a solubilidade do fenol é maior que a do benzeno devido ao -\mathrm{OH} e à capacidade de formar ligações de hidrogênio.
  • Conclusão para (b): fenol \left(\mathrm{C}_6\mathrm{H}_5\mathrm{OH}\right) é muito mais solúvel em água que o benzeno \left(\mathrm{C}_6\mathrm{H}_6\right) por causa do grupo -\mathrm{OH} (polaridade, ligações de hidrogênio e possibilidade de ionização parcial).

Passo 5

Resumo pedagógico (como “fazer na prova”):
  • Identifique a natureza das substâncias: iônica vs molecular; polar vs apolar; presença de grupos formadores de ligações de hidrogênio ( -\mathrm{OH}, -\mathrm{NH}, etc.).
  • Lembre: água solubiliza bem íons e moléculas polares que podem formar ligações de hidrogênio. Substâncias apolares (hidrocarbonetos) são pouco solúveis.
  • Para sais, escreva a equação de dissociação e pense em energia reticular versus energia de hidratação.
  • Para compostos orgânicos, destaque grupos funcionais polares e possíveis ionizações (ver \mathrm{p}K_a).

Resposta

(a) \mathrm{CaCl}_2
(b) \mathrm{C}_6\mathrm{H}_5\mathrm{OH}

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