Sobre as propriedades dos “sólidos moleculares” ou “sólidos covalentes”, responda:
Por que a molécula de água, que apresenta baixo peso molecular ( 18 \mathrm{~g} / \mathrm{mol} ), é líquida à pressão e temperatura ambientes e o butano, que possui peso molecular mais alto ( 58 \mathrm{~g} / \mathrm{mol} ), é um gás nas mesmas condições ambientais?

Passo 1

O enunciado pergunta por que a água, apesar de ter massa molar baixa 18, \mathrm{g/mol}, é líquida em condições ambiente, enquanto o butano, com massa molar maior 58, \mathrm{g/mol}, é gasoso. O conteúdo aqui é sólido molecular (ou covalente), e vamos precisar comparar os tipos e intensidades das forças intermoleculares envolvidas em cada substância.

Passo 2

A água é uma molécula polar e forma ligações de hidrogênio entre suas moléculas. Essas ligações de hidrogênio são interações dipolo–dipolo fortes, de cerca de 20 a 40, \mathrm{kJ/mol}, o que eleva significativamente seu ponto de ebulição e faz com que, à temperatura de 25^\circ\mathrm{C} e 1, \mathrm{atm}, ela permaneça no estado líquido.

Passo 3

O butano é uma molécula apolar, pois sua cadeia de carbono e hidrogênio não gera dipolo permanente. Suas únicas forças intermoleculares são as de London (forças de dispersão), que são fracas, tipicamente <5, \mathrm{kJ/mol}. Isso resulta em ponto de ebulição muito baixo (cerca de -0{,}5^\circ\mathrm{C}), de modo que, a 25^\circ\mathrm{C} e 1, \mathrm{atm}, ele existe como gás.

Passo 4

Comparando as duas substâncias, vemos que o estado físico depende mais da natureza e força das interações intermoleculares do que da massa molar em si. A água, com fortes ligações de hidrogênio, é líquida; o butano, com fracas forças de London, é gasoso.

Resposta

A água é líquida porque forma ligações de hidrogênio fortes entre as moléculas, elevando seu ponto de ebulição acima de 25^\circ\mathrm{C}. O butano, apesar de ter massa molar maior, é apolar e só apresenta fracas forças de dispersão de London, de modo que seu ponto de ebulição fica bem abaixo de 25^\circ\mathrm{C} e ele existe como gás nessas condições.

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