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)?

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:
  • Há uma substituição do grupo \ce{H} por um átomo de halogênio ( \ce{Br} ou \ce{I}) 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 \alpha.
  • Quanto maior \alpha, mais “mole” é a nuvem eletrônica — ela forma dipolos instantâneos mais fortes.
  • Átomos maiores e com mais elétrons (por exemplo, \ce{Br}, \ce{I}) têm \alpha 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)
E_{\text{disp}} \propto -\frac{\alpha_1\alpha_2}{r^6},
onde \alpha_1 e \alpha_2 são as polarizabilidades das duas entidades interagentes e r é a distância entre elas. Aqui importa a ideia: maior \alpha → interação de dispersão mais forte (mais negativa = mais atrativa).
  • Em um líquido puro formado por moléculas idênticas, um aumento de \alpha das moléculas aumenta a energia média de atração entre moléculas.

Passo 4

Aplicar isso ao caso prático: trocar \ce{H} por \ce{Br} ou \ce{I} em um alcano.
  • O átomo substituído ( \ce{Br} ou \ce{I}) tem muito mais elétrons e maior raio atômico que \ce{H}. Logo a polarizabilidade da molécula substituída aumenta: \alpha_{\text{substituída}} > \alpha_{\text{original}}í.
  • Pelo raciocínio do passo anterior, se \alpha 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 \ce{H} por \ce{Br} ou \ce{I}; 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 \ce{C-X} (X = halogênio) tem um dipolo, mas para halogênios pesados o efeito de dipolo permanente é menos decisivo que a polarizabilidade. Em geral, para \ce{Br} e \ce{I} 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): \text{R–H} < \text{R–Br} < \text{R–I} em ponto de ebulição, porque \ce{I} é mais polarizável que \ce{Br}.

Passo 7

Como responder rapidamente na prova (modelo de resposta pronta):
  • Primeiro frase curta: “A substituição de \ce{H} por \ce{Br} ou \ce{I} aumenta o ponto de ebulição.”
  • Razão (duas ou três linhas): “ \ce{Br} e \ce{I} são maiores e mais polarizáveis ( \alpha maior) que \ce{H}; 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: \text{R–H} < \text{R–Br} < \text{R–I}.”
    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 \alpha → 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 \ce{H} por \ce{Br} ou \ce{I} aumenta o ponto de ebulição da substância, porque \ce{Br} e \ce{I} têm maior polarizabilidade ( \alpha) e maior massa molar, o que fortalece as forças de dispersão de London (logo \text{R–H} < \text{R–Br} < \text{R–I} em ponto de ebulição).

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