Como a substituição de um hidrogênio por um halogênio (como o Bromo ou Iodo) em um alcano afeta: (0,15 pontos)
b) O ponto de ebulição (considerando o aumento da polarizabilidade)?
b) O ponto de ebulição (considerando o aumento da polarizabilidade)?
Passo 1
O que o enunciado pede: explicar como a substituição de um hidrogênio por um halogênio (por exemplo, bromo ou iodo) em um alcano afeta o ponto de ebulição, considerando especificamente o efeito do aumento da polarizabilidade.
Informações relevantes dadas ou implícitas:
Informações relevantes dadas ou implícitas:
- Há uma substituição do grupo
por um átomo de halogênio ( ou ) no mesmo esqueleto carbônico. - Devemos considerar o aumento da polarizabilidade quando compararmos a molécula original e a substituída.
- Pressupõe-se que outras coisas importantes (como o tipo de cadeia — linear vs ramificada) permanecem iguais, salvo indicação contrária.
Passo 2
Entender o que é polarizabilidade de forma simples e intuitiva.
Definição: polarizabilidade é a facilidade com que a nuvem eletrônica de um átomo ou molécula pode ser distorcida por um campo elétrico externo (ou por flutuações momentâneas). Em símbolos, chama-se geralmente .
Definição: polarizabilidade é a facilidade com que a nuvem eletrônica de um átomo ou molécula pode ser distorcida por um campo elétrico externo (ou por flutuações momentâneas). Em símbolos, chama-se geralmente
- Quanto maior
, mais “mole” é a nuvem eletrônica — ela forma dipolos instantâneos mais fortes. - Átomos maiores e com mais elétrons (por exemplo,
, ) têm maior do que um átomo de hidrogênio. Use a imagem mental: imagina a nuvem eletrônica como uma almofada — quanto maior e mais fofinha, mais fácil de achatar: maior polarizabilidade.
Passo 3
Conectar polarizabilidade com as forças intermoleculares relevantes: forças de dispersão de London.
- As forças de dispersão (ou de London) surgem de dipolos instantâneos em uma molécula que induzem dipolos em vizinhas. Essas forças existem em todas as moléculas, mesmo apolares.
- Uma forma simplificada de escrever a dependência energética dessas forças é (proporcionalmente)
onde
e
são as polarizabilidades das duas entidades interagentes e
é a distância entre elas. Aqui importa a ideia: maior
→ interação de dispersão mais forte (mais negativa = mais atrativa).
- Em um líquido puro formado por moléculas idênticas, um aumento de
das moléculas aumenta a energia média de atração entre moléculas.
Passo 4
Aplicar isso ao caso prático: trocar
por
ou
em um alcano.
- O átomo substituído (
ou ) tem muito mais elétrons e maior raio atômico que . Logo a polarizabilidade da molécula substituída aumenta: . - Pelo raciocínio do passo anterior, se
aumenta, as forças de dispersão entre moléculas ficam mais fortes. Moléculas mais fortemente atraídas exigem mais energia para escapar da fase líquida para a gasosa.
Passo 5
Relacionar forças intermoleculares com ponto de ebulição de forma didática.
- Ponto de ebulição é a temperatura na qual a pressão de vapor do líquido iguala a pressão externa; fisicamente é a energia térmica necessária para vencer as atrações intermoleculares.
- Se as atrações intermoleculares aumentam (aqui: por maior dispersão), a energia necessária aumenta e, portanto, o ponto de ebulição aumenta. Em palavras: mais força “segurando” as moléculas → precisa esquentar mais para evaporar.
- Além da polarizabilidade, a massa molar aumenta quando se troca
por ou ; massa molar maior tende a aumentar o ponto de ebulição também (particularmente para séries isómeras) porque moléculas mais pesadas têm velocidades térmicas menores e contribuem para maior estabilidade da fase líquida.
Passo 6
Outros fatores que valem citar (para responder bem na prova) — breve e claro:
- Polaridade permanente: a ligação
(X = halogênio) tem um dipolo, mas para halogênios pesados o efeito de dipolo permanente é menos decisivo que a polarizabilidade. Em geral, para e o efeito principal que sobe o ponto de ebulição é a dispersão aumentada, não tanto a polaridade fixa. - Estrutura e área de contato: se a substituição alterar muito a forma molecular ou a área de contato entre moléculas, isso também afeta o ponto de ebulição (cadeia linear e grande área → bp maior; ramificações → bp menor). Mas se o esqueleto carbônico for o mesmo, a polarizabilidade do halogênio domina a mudança.
- Ordem da influência esperada (para o mesmo radical orgânico):
em ponto de ebulição, porque é mais polarizável que .
Passo 7
Como responder rapidamente na prova (modelo de resposta pronta):
- Primeiro frase curta: “A substituição de
por ou aumenta o ponto de ebulição.” - Razão (duas ou três linhas): “
e são maiores e mais polarizáveis ( maior) que ; isso fortalece as forças de dispersão de London (energia de interação aumenta) e, somado ao aumento da massa molar, faz com que mais energia térmica seja necessária para vaporizar, elevando o ponto de ebulição. Ordem típica: .”
Essa resposta pega direto o ponto e dá a justificativa física que o professor costuma pedir.
Passo 8
Exemplo verbal de reforço (sem números): imagine duas séries de moléculas idênticas em forma e tamanho, uma com hidrogênio e outra com iodo no mesmo ponto. As moléculas iodadas, por terem nuvens eletrônicas maiores e mais “fáceis de distorcer”, se atraem mais fortemente entre si; por isso o líquido iodado precisa ser aquecido mais para ferver — ou seja, tem maior ponto de ebulição. Tu pode usar essa imagem mental para lembrar na hora da prova.
Passo 9
Resumo motivador para lembrar antes da prova: polarizabilidade gira tudo — maior
→ dispersões mais fortes → maior energia para vaporizar → ponto de ebulição aumenta. E massa molar ajuda nesse aumento. Respira fundo: responde isso em 2–3 linhas e tá perfeito.
Resposta
A substituição de
por
ou
aumenta o ponto de ebulição da substância, porque
e
têm maior polarizabilidade (
) e maior massa molar, o que fortalece as forças de dispersão de London (logo
em ponto de ebulição).