Explique, com diagramas moleculares e relacionando valores de entalpia, por que a água tem ponto de ebulição…

Questão

Explique, com diagramas moleculares e relacionando valores de entalpia, por que a água tem ponto de ebulição muito maior que o metano. Inclua fórmulas estruturais (H2O e CH4), valores típicos de ?Hvap e ?Hfus e a relação com forças intermoleculares.

✍️ Questão dissertativa: veja abaixo a resposta esperada e a explicação.

Resposta esperada

As estruturas são H–O–H (água) e H | H–C–H | H (metano). A água forma ligações de hidrogênio intermoleculares fortes entre moléculas (pontes O–H···O), exigindo grande energia para separá-las: ?Hvap(H2O) ˜ 40,7 kJ·mol-1 (100 °C) e ?Hfus(H2O) ˜ 6,01 kJ·mol-1. O metano apresenta apenas forças de London (dipolo induzido), muito mais fracas; valores típicos: ?Hvap(CH4) ˜ 8,2 kJ·mol-1 e ?Hfus(CH4) ˜ 0,9 kJ·mol-1, com ponto de ebulição ˜ -161,5 °C. Logo, devido às ligações de hidrogênio, a água requer maior ?Hvap para passar a vapor, resultando em ponto de ebulição muito mais alto que o do metano. Diagramas: desenhar moléculas e indicar ligações de hidrogênio em H2O e apenas interações de dispersão em CH4; relacionar energia requerida para vencer essas interações com os valores de entalpia fornecidos.

Explicação

A água possui ligações de hidrogênio, que são interações muito fortes, exigindo mais energia para que as moléculas se separem, resultando em um ponto de ebulição elevado. Em contraste, o metano apenas apresenta forças de London, que são fracas, exigindo menos energia para a vaporização e, portanto, um ponto de ebulição muito mais baixo. Essa diferença nas forças intermoleculares e nos valores de entalpia de vaporização explica a discrepância nos pontos de ebulição das duas substâncias.

Raio-X da questão

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