Exercícios Resolvidos de Interações intermoleculares

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Enunciado

Etanol (CH3CH2OH) e dimetil éter (CH3OCH3) são isômeros, isto é, possuem a mesma fórmula, mas estruturas diferentes. A temperatura de ebulição (Te) do etanol é 77°C, enquanto a Te do dimetil éter é – 22°C. Sabendo que a pressão de vapor do etanol é 13,4 kPa a 34,9 °C e que a pressão de vapor do dimetil éter é 18,1 kPa a – 58°C, calcule o Δ H v a p 0 das substâncias. Justifique as diferenças observadas com base em diferenças estruturais e de interações intermoleculares.

Passo 1

Fala aí, galera!!! Calcular a entalpia de vaporização ( Δ H v a p 0 ) é algo muito importante na química porque isso dá pra gente uma ideia de energia que a gente precisa colocar no nosso sistema pra passarmos da fase líquida pra a gasosa. Uma outra coisa muito legal para observar nessa questão é que temos dois isômeros onde, por conta das interações intermoleculares e suas estruturas, a gente observa uma gigantesca diferença entre suas temperaturas de ebulição.

Vamos então lembrar como é a estrutura dessas duas moléculas?

Do nosso lado esquerdo temos o etanol e do nosso lado direito temos o dimetil éter.

Tá, e como a gente vai calcular a entalpia de vaporização?

A gente precisa ter em mente a lindona da fórmula de Clausius – Clapeyron!!!

ln ⁡ P P o = Δ H v a p 0 R 1 T e - 1 T

Onde Po é a nossa pressão de referência que costuma ser 1 atm, ou seja, 101325 Pa. P é a pressão do nosso sistema, nesse caso, a pressão de vapor de cada uma das substâncias. Te é a temperatura de ebulição e T é a temperatura para uma dada pressão de vapor.

Passo 2

Então, bora calcular primeiro essa entalpia de vaporização de cada uma das substâncias. MASSSSSS não esquece de antes passar as temperaturas para unidade de Kelvin, beleza?

Etanol:

T e = 273,15 + 77 = 350,15   K

T = 273,15 + 34,9 = 308,05   K

ln ⁡ 13400 101325 = Δ H v a p 0 8,3145 1 350,15 - 1 308,05

- 4,6943 × 10 - 5 Δ H v a p 0 = - 2,0231

Δ H v a p 0 = 43,1 k J m o l

Dimetil éter:

T e = 273,15 - 22 = 251 , 15   K

T = 273,15 - 58 = 215,15   K

ln ⁡ 1 8100 101325 = Δ H v a p 0 8,3145 1 251,15 - 1 215,15

- 8,0129 × 10 - 5 Δ H v a p 0 = - 1 , 7224

Δ H v a p 0 = 21 , 5 k J m o l

Passo 3

Agora a gente vai pra parte de analisar as estruturas das moléculas e entender as interações intermoleculares que acontecem ali.

Note que na molécula de etanol, existem duas possibilidades de forças intermoleculares que atuam ali: ligações de hidrogênio através do grupo hidroxila, OH- e também por interações dipolo-dipolo, uma vez que o oxigênio é mais eletronegativo e gerará uma carga parcial negativa próximo ao mesmo e uma carga parcial positiva do outro lado da molécula. Por sua vez, na molécula de dimetil éter, só existem interações intermoleculares via dipolo-dipolo, por causa da diferença de eletronegatividade entre oxigênio e os demais átomos que compõe essa molécula. Como sabemos, as ligações de hidrogênio são MUITO MAIS FORTES que as interações dipolo-dipolo, e por isso a temperatura de ebulição do etanol é maior, assim como sua pressão de vapor é menor, pois por ter uma interação mais forte, a gente precisa dar mais energia pro sistema pra ele trocar de fase (falando do ponto de ebulição). Assim como, por ter uma interação mais forte, menor é a tendencia dele (o etanol) querer ir pra fase vapor, e por isso sua pressão de vapor é menor.

Resposta

Ei, a resposta está no passo a passo :)

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Qual das seguintes moléculas provavelmente formará ligações de hidrogênio: P H 3 ; H B r ; C 2 H 4 ; H N O 2 .
Você esperaria que a energia de interação, dada pela Eq. 4, entre duas moléculas polares em rotação depende da temperatura? Se isso acontecer, a interação cresce ou diminui, quando a temperatura aumen
Em cada par, indique qual substância possui as forças intermoleculares mais fortes e explique seu raciocínio: N eo uA r ; N F 3o uB F 3 ; S i H 4o uG e H 4 ; N a Fo uH F .
Identifique, apresentando suas razões, que substância em cada par tem, provavelmente, o ponto de ebulição normal mais alto (as estruturas de Lewis podem ajudar nos seus argumentos): H 2 So uH 2 O 2 ;
Estivemos usando os termos “interações intermoleculares” e “forças intermoleculares”, um pelo outro, sem distinção. Mas é importante reconhecer que existe uma diferença entre a força e a energia poten