Um sólido tem cheiro acentuado à temperatura e pressão ambientes e apresenta as seguintes características físicas:
- Pontos de fusão e ebulição baixos;
- É isolante elétrico no estado sólido e fundido;
- É insolúvel em água.
Com base nesses dados, pode-se concluir que as interações que mantêm a substância no estado sólido devem ser de qual tipo? Justifique.
a) Ligação covalente apolar
b) Ligação covalente polar
c) Ligação iônica
d) Ligações de hidrogênio
e) Interações de Van der Waals.
a) Ligação covalente apolar
b) Ligação covalente polar
c) Ligação iônica
d) Ligações de hidrogênio
e) Interações de Van der Waals.
Passo 1
Vou listar claramente o que o enunciado nos dá e o que ele pede.
-
Dados do enunciado:
- O sólido tem cheiro acentuado à temperatura e pressão ambientes (ou seja, é volátil).
- Pontos de fusão e ebulição baixos.
- É isolante elétrico no estado sólido e também no estado fundido.
- É insolúvel em água.
-
O que o enunciado pergunta:
- Com base nesses dados, determinar de que tipo são as interações que mantêm a substância no estado sólido, escolhendo entre as alternativas:
a) Ligação covalente apolar
b) Ligação covalente polar
c) Ligação iônica
d) Ligações de hidrogênio
e) Interações de Van der Waals
- Com base nesses dados, determinar de que tipo são as interações que mantêm a substância no estado sólido, escolhendo entre as alternativas:
Passo 2
Entender o que cada propriedade física sugere qualitativamente (sem resolver nada ainda, só explicando o que cada propriedade costuma indicar).
- Cheiro acentuado e volatilidade (pontos de ebulição baixos) indicam que as partículas que compõem o sólido escapam facilmente para a fase gasosa — isto é típico de sólidos formados por moléculas mantidas por forças fracas entre si.
- Baixos pontos de fusão e ebulição significam que é fácil vencer as forças que mantêm as partículas unidas no sólido; portanto essas forças intermoleculares são fracas.
- Ser isolante elétrico tanto no sólido quanto no fundido indica que não há cargas móveis livres quando se funde. Compostos iônicos conduzem eletricidade no estado fundido porque os íons ficam livres para se mover; metais conduzem no sólido; sólidos moleculares (sem íons) normalmente são isolantes em ambos os estados.
- Insolubilidade em água indica pouca afinidade com a água (ou seja, a substância é provavelmente apolar ou, pelo menos, não interage fortemente com água por ligações de hidrogênio ou por interações iônicas).
Passo 3
Explicar os tipos de ligações/interações possíveis e as propriedades que cada tipo costuma apresentar (aula rápida e prática).
- Ligação iônica:
- Natureza: atração eletrostática forte entre íons de cargas opostas (ex.: NaCl).
- Propriedades típicas: altos pontos de fusão e ebulição; no estado sólido são isolantes, mas ao fundir ou dissolver em água tornam-se condutores (porque os íons ficam móveis); geralmente solúveis em água (solvente polar).
- Ligações covalentes (intramoleculares) — polar e apolar:
- Natureza: átomos ligados por compartilhamento de elétrons dentro da molécula. Isso descreve a estrutura interna da molécula, não a força entre moléculas.
- Sólidos onde as moléculas ficam unidas por forças intermoleculares fracas (chamados sólidos moleculares) têm baixos pontos de fusão/ebulição e são geralmente insuladores e, se as moléculas forem apolares, insolúveis em água.
- Uma “ligação covalente apolar” (a alternativa a)) descreve o tipo de ligação dentro de uma molécula apolar, mas não é a mesma coisa que as forças intermoleculares que mantêm as moléculas unidas no sólido.
- Ligações de hidrogênio:
- Natureza: caso especial de interação entre moléculas contendo
ligado a , ou e um par de elétrons em outra molécula. - Propriedades típicas: aumentam bastante ponto de fusão/ebulição (comparado a moléculas semelhantes sem H ligadas a F/O/N); muitas vezes tornam a substância solúvel em água ou capaz de formar associações fortes.
- Natureza: caso especial de interação entre moléculas contendo
- Interações de Van der Waals (forças de London e dipolo-dipolo fracas):
- Natureza: forças intermoleculares fracas; para moléculas apolares, predomina a força de dispersão de London (induzida por flutuações momentâneas de densidade eletrônica).
- Propriedades típicas: sólidos moleculares com essas forças têm baixos pontos de fusão/ebulição, são voláteis (cheiro), são isolantes elétricos e geralmente insolúveis em água se as moléculas forem apolares.
Passo 4
Relacionar cada hipótese (a–e) com as propriedades dadas para aceitar ou rejeitá-la, de maneira didática.
- c) Ligação iônica — Rejeitar:
- Justificativa: compostos iônicos têm normalmente altos pontos de fusão/ebulição e, ao fundir, passam a conduzir eletricidade (porque os íons ficam móveis). O enunciado diz que o sólido é isolante também no fundido, logo não apresenta condução no estado líquido. Além disso, compostos iônicos costumam ser solúveis em água. Portanto a hipótese iônica contradiz várias observações.
- d) Ligações de hidrogênio — Improvável:
- Justificativa: compostos cujas moléculas formam ligações de hidrogênio fortes geralmente têm pontos de fusão e ebulição relativamente altos (comparados a moléculas de massa molar similar sem H-bonding) e muitas vezes são solúveis em água (pois a água também forma H-bonds). A volatilidade intensa e a insolubilidade em água tornam pouco provável que H-bonds dominem as interações do sólido.
- b) Ligação covalente polar — Improvável se interpretada como moléculas polares unidas por dipolo-dipolo:
- Justificativa: moléculas polares que se atraem por dipolo–dipolo têm interações intermoleculares mais fortes que as forças de dispersão puros, levando geralmente a pontos de fusão/ebulição maiores e, muitas vezes, a alguma solubilidade em solventes polares como a água. O caráter isolante no fundido pode ainda ocorrer, mas a baixa solubilidade em água e alta volatilidade não combinam bem com forte polaridade molecolar.
- a) Ligação covalente apolar — Atenção à interpretação:
- Observação importante: “ligação covalente apolar” descreve normalmente o tipo de ligação dentro da molécula (intramolecular), não a interação entre moléculas que mantém o sólido. Se a molécula for apolar (ligações apolares ou geométria que cancela dipolos), então as forças intermoleculares predominantes serão forças de Van der Waals (dispersão). Assim, a alternativa a) sozinha está incompleta ou ambígua: a presença de ligações covalentes apolares dentro da molécula pode levar a sólidos mantidos por Van der Waals, mas o enunciado pergunta explicitamente sobre as interações que mantêm o sólido — isto aponta para forças intermoleculares, não para as ligações intramoleculares.
- e) Interações de Van der Waals — Aceitar:
- Justificativa: forças de Van der Waals (especialmente forças de dispersão de London) são fracas, o que explica baixos pontos de fusão e ebulição e alta volatilidade (cheiro acentuado). Sólidos moleculares mantidos por essas forças são insuladores no sólido e no fundido (não há ions nem elétrons livres). Se as moléculas forem apolares, também serão insolúveis em água (que é muito polar). Portanto todos os dados do enunciado casam bem com interações de Van der Waals.
Passo 5
Dar um exemplo concreto e reforçar a intuição (mini-exercício mental).
- Exemplos de substâncias que ilustram o caso:
- Substâncias orgânicas voláteis apolares, como éteres leves, hidrocarbonetos aromáticos (ex.: benzeno) ou alcanos pequenos: têm cheiro (sublimato/evaporam com facilidade), baixos pontos de fusão/ebulição relativos ao seu tipo, são insolúveis em água e são isolantes elétricos. Nas moléculas apolares, as forças que mantêm o sólido são as forças de dispersão (Van der Waals).
- Regra prática para a prova: quando vir “volátil/cheiro acentuado”, “baixos pontos de fusão/ebulição”, “insolúvel em água” e “isolante mesmo no fundido”, pense imediatamente em sólidos moleculares apolares mantidos por forças de Van der Waals.
Passo 6
Conclusão final e resposta direta, relacionando com as alternativas fornecidas.
- As propriedades observadas excluem ligação iônica (condutividade no fundido, solubilidade em água) e tornam improváveis ligações de hidrogênio ou forte polaridade intermolecular (essas dão pontos de fusão/ebulição maiores e costumam conferir solubilidade em água). A descrição é típica de moléculas apolares presas por forças de dispersão (Van der Waals). Note que a alternativa a) fala de vínculo intramolecular (covalente apolar) e não das interações intermoleculares responsáveis pelo estado sólido; a alternativa que explicitamente nomeia as interações intermoleculares fracas é a alternativa e).
Resposta
e) Interações de Van der Waals.