- Sugira porque o
existe majoritariamente como um dímero em hexano do que como monômero em água.
Passo 1
O enunciado pede para explicar por que a molécula de ácido acético,
, existe majoritariamente como dímero em hexano e como monômero em água. Para isso vamos recorrer ao conceito de ligações de hidrogênio e ao efeito do solvente (solvatação e constante dielétrica).
Passo 2
As moléculas de ácido carboxílico podem formar dímeros cíclicos através de duas ligações de hidrogênio cruzadas entre o hidrogênio do grupo
de uma molécula e o oxigênio carbonílico
de outra. Esse dímero é estabilizado por um ganho de entalpia típico de aproximadamente
a
,kJ\cdotmol^{-1}), tornando a associação termodinamicamente favorecida quando não há competição de solvente.
Passo 3
No hexano, solvente apolar e incapaz de doar ou aceitar ligações de hidrogênio, não há competição para essas interações ácido–ácido. Assim, a formação do dímero
leva a um grande ganho em energia livres de Gibbs, pois se maximizam as ligações de hidrogênio sem custo de romper interações com o solvente.
Passo 4
Já em água, solvente polar com constante dielétrica alta (
), cada molécula de
forma ligações de hidrogênio fortes com moléculas de
. Para dimerizar seria preciso romper essas ligações ácido–água, o que custa energia maior do que o ganho de energia por duas ligações ácido–ácido. Por isso o monômero solvatado é termodinamicamente mais estável.
Passo 5
Do ponto de vista termodinâmico, a solvatação em água reduz o benefício relativo da dimerização: a água estabiliza eficientemente grupos polares isolados, enquanto o hexano — com
— não. Consequentemente, em hexano predomina o dímero, e em água, o monômero.
Resposta
Em hexano, não havendo solvente capaz de competir por ligações de hidrogênio, o ácido acético associa-se em dímero para maximizar essas interações; em água, as moléculas de água solvatam e estabilizam o monômero via ligações de hidrogênio, tornando a dimerização termodinamicamente desfavorável.