A tabela abaixo apresenta os pontos de ebulição de três substâncias apolares compostas apenas por carbono e hidrogênio:
Substância
Fórmula molecular
Ponto de ebulição (
)
Metano
-161
Propano
-42
Pentano
+36
a) Qual tipo de interação intermolecular predomina entre suas moléculas?
b) Observando os dados da tabela, como o tamanho da molécula influencia o ponto de ebulição dessas substâncias? Explique em termos das interações intermoleculares.
c) Compare o ponto de ebulição do pentano
, apolar, P.E.
com o da água
, polar, P.E.
). Ambas possuem tamanho molecular semelhante, mas pontos de ebulição muito diferentes. O que explica essa diferença?
| Substância | Fórmula molecular | Ponto de ebulição (
|
| Metano |
|
-161 |
| Propano |
|
-42 |
| Pentano |
|
+36 |
b) Observando os dados da tabela, como o tamanho da molécula influencia o ponto de ebulição dessas substâncias? Explique em termos das interações intermoleculares.
c) Compare o ponto de ebulição do pentano
Passo 1
O enunciado fornece uma tabela com três substâncias apolares (carbono + hidrogênio) e seus pontos de ebulição. Vou listar claramente o que foi dado e o que é pedido.
Dados (peguei estes valores da tabela fornecida):
- Metano: fórmula
, ponto de ebulição . - Propano: fórmula
, ponto de ebulição . - Pentano: fórmula
, ponto de ebulição .
O enunciado pede:
a) Identificar qual tipo de interação intermolecular predomina entre essas moléculas.
b) Explicar como o tamanho da molécula influencia o ponto de ebulição, usando os dados da tabela e falando em termos de interações intermoleculares.
c) Comparar o ponto de ebulição do pentano com o da água
e explicar por que são tão diferentes, apesar de suposto tamanho molecular semelhante.
a) Identificar qual tipo de interação intermolecular predomina entre essas moléculas.
b) Explicar como o tamanho da molécula influencia o ponto de ebulição, usando os dados da tabela e falando em termos de interações intermoleculares.
c) Comparar o ponto de ebulição do pentano
Passo 2
Resposta a) — qual interação predomina?
- Resposta curta: nas substâncias apolares formadas só por C e H a interação intermolecular predominante são as forças de dispersão de London (também chamadas de forças de London ou forças de van der Waals do tipo dispersão).
- Explicação didática (passo a passo, sem pular etapas):
- O que são forças de dispersão de London? São interações que surgem porque os elétrons em uma molécula estão sempre se movendo; a distribuição de carga pode ficar momentaneamente desigual, formando um dipolo instantâneo. Esse dipolo instantâneo induz dipolos nos vizinhos, e dipolos induzidos atraem-se mutuamente.
- Por que elas aparecem em apolares? Moléculas apolares não têm dipolo elétrico permanente, então não têm forças dipolo–dipolo permanentes; a única maneira de haver atração eletrostática é por essas flutuações temporárias na nuvem eletrônica — ou seja, dispersão de London.
- Características principais: são presentes em todas as moléculas (até nas polares), mas em apolares são a força dominante; são de curto alcance e sua intensidade depende fortemente de quão “polarizável” é a molécula (explico polarizabilidade no próximo passo).
Passo 3
Conceito importante antes de usar os dados: polarizabilidade e por que tamanho importa.
- Polarizabilidade é a facilidade com que a nuvem eletrônica de uma molécula pode ser distorcida por um campo elétrico (ou por um dipolo vizinho). Mais elétrons e uma nuvem mais “espalhada” tornam a molécula mais polarizável.
- Forças de dispersão ficam mais fortes quando a polarizabilidade é maior. Em termos práticos, moléculas maiores (mais átomos, mais elétrons) e aquelas com maior área de contato entre vizinhos têm dispersões mais fortes. Isso faz com que seja necessária mais energia (calor) para separá-las e transformar em vapor — logo, maior ponto de ebulição.
Passo 4
Resposta b) — explicando o efeito do tamanho usando a tabela
- Vou calcular/mostrar as massas molares (para ver o crescimento do número de elétrons):
-
. -
. -
.
-
- Observação dos pontos de ebulição (da tabela):
- Metano:
. - Propano:
. - Pentano:
.
- Metano:
- Interpretação passo a passo:
- Ao passar de
para e depois para a massa molar e o número de elétrons aumentam bastante ( ). - Como a polarizabilidade aumenta com o número de elétrons e com a extensão da nuvem eletrônica, as forças de dispersão tornam-se progressivamente mais fortes.
- Forças intermoleculares mais fortes significam que mais energia térmica é necessária para separar moléculas da fase líquida para a gasosa — isto é, o ponto de ebulição sobe.
- Portanto, o tamanho/massa da molécula influencia o ponto de ebulição porque moléculas maiores produzem forças de dispersão mais intensas, elevando o ponto de ebulição.
- Ao passar de
- Complemento prático: forma e área de contato também contam — cadeias mais longas e menos ramificadas têm maior área de contato entre moléculas (mais pontos de interação), o que aumenta ainda mais o ponto de ebulição. É por isso que, dentro dos alcanos lineares, o ponto de ebulição cresce com o número de carbonos.
Passo 5
Resposta c) — por que a água ferve a
e o pentano só a
- Dados relevantes (pegos do enunciado e conhecidos):
- Pentano:
, , . - Água:
, , .
- Pentano:
- Por que a água tem ponto de ebulição muito maior (explicação didática):
- A água é uma molécula polar: há um dipolo permanente porque o oxigênio é mais eletronegativo que o hidrogênio; isso gera uma separação de cargas estável dentro da molécula.
- Além disso, a água forma ligações de hidrogênio entre moléculas. Ligações de hidrogênio são interações específicas e relativamente fortes que ocorrem quando um hidrogênio ligado a O, N ou F fica fortemente atraído pelo par eletrônico não-ligante de outro O, N ou F.
- Cada molécula de água consegue fazer até quatro ligações de hidrogênio (duas como doadora pelos H e duas como aceitadora pelos pares não-ligantes do O), formando uma rede muito coesa.
- Energia: uma ligação de hidrogênio típica vale várias dezenas de kJ·mol^{-1}, muito maior que as fracas forças de dispersão que mantêm juntas moléculas apolares como o pentano. Resultado: muita energia é necessária para quebrar essa rede de H‑ligação e vaporizar a água — portanto, ponto de ebulição muito elevado.
- Conclusão comparativa simples:
- Pentano: só tem dispersões de London (moderadas porque a molécula é relativamente grande), portanto
. - Água: além de dipolo permanente, possui forte interação por ligações de hidrogênio formando uma rede extensa; isso eleva muito o ponto de ebulição para
.
- Pentano: só tem dispersões de London (moderadas porque a molécula é relativamente grande), portanto
- Nota empática/útil para a prova: quando comparar substâncias, sempre identifique (i) se há dipolo permanente, (ii) se existem H ligados a O/N/F (para checar H‑ligação) e (iii) o tamanho/polarizabilidade (para avaliar dispersões). A partir daí dá para prever tendências de pontos de ebulição.
Passo 6
Recapitulando rapidinho e um incentivo:
- Resposta curta a cada ponto está logo abaixo. Você já viu o raciocínio por trás: apolares → dispersão; maior massa/área → maior dispersão → maior ponto de ebulição; água bem mais alta por causa de ligações de hidrogênio. Você está indo bem — esses tipos de comparação são muito cobrados, então decorar a ideia (e praticar com exemplos) ajuda muito na prova. Boa sorte!
Resposta
(a) Forças de dispersão de London (forças de van der Waals do tipo dispersão).
(b) À medida que o tamanho (massa/numero de elétrons e área de contato) da molécula aumenta ( ,
,
), a polarizabilidade cresce, tornando as forças de dispersão mais fortes; isso exige mais energia para vaporizar, logo o ponto de ebulição aumenta (daí
).
(c) Apesar de tamanhos comparáveis, a água forma ligações de hidrogênio fortes e tem dipolo permanente, criando uma rede intermolecular muito mais intensa que as fracas dispersões do pentano; portanto a água tem ponto de ebulição muito mais alto ( vs
).
(b) À medida que o tamanho (massa/numero de elétrons e área de contato) da molécula aumenta (
(c) Apesar de tamanhos comparáveis, a água forma ligações de hidrogênio fortes e tem dipolo permanente, criando uma rede intermolecular muito mais intensa que as fracas dispersões do pentano; portanto a água tem ponto de ebulição muito mais alto (