Por Artur Galiza
INTRODUÇÃO
No que se diz à propriedade física de um composto temos diversas caracterísiticas como:
- Temperatura de fusão e ebulição
- Viscosidade e tensão superficial para líquidos
- Estados de agregação
- solubilidade
Apesar de existir vários tópicos para serem abordados, só iremos falar de alguns mais específicos que são de cobrança em olimpíada e vestibulares.
1. As forças intermoleculares
A Grande maioria das propriedades são dependentes das forças intermoleculares que atuam em determinada moléluca. Assim, para avançarmos nesse tópico precisamos conhecer essas interações entre moléculas. Caso você não tenha estudado essa matéria, você pode acessar o seguinte link: https://noic.com.br/olimpiadas/quimica/curso-noic-de-quimica-inorganica/forcas-intermoleculares/
1.1 A importância das interações
Como sabemos, há diversos tipos de forças intermoleculares, uns mais fracas e outras mais fortes, logo, cada molécula irá apresentar tipos diferentes dessas interações e consequemente, suas propriedades serão definidas a partir dos tipos de ligações e das diferentes confromações das moléculas. Sabendo disso, é importante saber que ao analisar uma molécula, nós não somos capazes de prever com exatidão seu ponto de fusão ou solubilidade em tal solvente, mas conseguimos diferenciar bem ao comparar moléculas.
2. Temperatura de fusão e ebulição
2.1 Análise da molécula
A análise da temperatura de fusão e ebulição são análogas, Tendo isso em mente, vamos entender os motivos por trás dos diferentes pontos de fusão e ebulição de várias espécies.
2.2 Por que as forças intermoleculares influenciam?
Os processos de fusão e ebulição se tratam de uma fase condesada (sólida e líquida) virando uma fase menos agregada, logo, percebemos que nesses processosas as partículas dessa substância se tornam mais dispersas, então ao sair da fase sólida para a líquida, várias interações entre as partículas são quebradas e ao sair da fase líquida para a gasosa quase todas as interações são quebradas. Então, quanto mais forte for a interação entre as partículas, maior precisa ser a energia fornecida ao sistema para quebrar essas interações. Por isso as forças intermoleculares importam. Quanto mais forte for a interação maior o ponto de fusão/ebulição.
2.3 E isômeros?
Esse é um caso mais especefíco, mas no caso de isômeros em que o número de átomos são os mesmos, mas o arranjo espacial muda, só temos um fator que é diferenciável. Já que toda molécula possui a interação de forças de dipolo instânteneo, podemos diferenciar as espécies que estão sendo estudando analisando qual interação é a mais forte dentre elas. Para espécies que se mantém unidas por essa força, a característica que deve-se observar é a polarizabilidade da molécula, isto é, a facilidade da nuvem eletrônica de ser distorcida, logo, moléculas volumosas terão maior polarizabilidade do que moléculas menores, consequentemente, é esperado que essas tenham maior ponto de fusão/ebulição. Mas em caso de moléculas que são isômeros, essa possibilidade de ver qual molécula tem mais átomos, uma vez que tal molécula seria maior que a outra, é tanto quanto obsoleta. Para isômeros é interessante ver a área superficial de uma molécula para ver qual será a mais polarizável, tome como exemplo o propano, butano e isobutano. Qual desses você acha que terá o maior e o menor ponto de fusão?
Respectivamente, temos -188°C, -138°C e - 159,6°C.
Como podemos ver, o fator mais importante é o tamanho das moléculas, ambas substâncias que possuem 4 átomos tem um ponto de fusão maior do que a que possui 3. Mas no caso dos isômeros, vemos que a espécie menos ramificada é a que possui maior ponto de fusão, logo dessas 3 espécies o butano é mais polarizável que o isobutano que é mais polarizável que o propano.
Outro caso interessante é o do ácido maleicoo e fumárico, em que ambos os casos as ligações de hidrogênio que ambos apresentam são as interações predominantes. Só que para o ácido maleico, sua geometria permite que ocorra ligações de hidrogênio intramolecular e, portanto, diminui a capacidade dele realizar com outras moléculas iguais, isso explica a alta diferença entre os pontos de ebulição de ambos.
Da esquerda para direita: Ácido maleico PF: 131°C-139°C e ácido fumárico PF : 287° C
3. A solubilidade
A solubilidade é a facilidade de uma espécie de se misturar homogeneamente com outra, então percebemos que quanto mais parecido entre si, mais solúvel tal substância será em outra. No geral, temos uma regra que semelhante dissolve semelhante, isso significa que quem tem polaridades semelhante e portanto forças intermoleculares parecidas, devem se dissolver, enquanto espécies que por exemplo, são apolar e polar não devem se misturar. Tome como exemplo o Iodo e a água, a molécula de $I_{2}$ só possui uma ligação apolar, portanto é uma molécula apolar, já a água é uma molécula polar, que devido a grande diferença de eletronegativade entre o átomo de hidrogênio e oxigênio, possui interações extremamente forte e polar, a ligação de hidrogênio. Portanto ao tentar solubilizar uma amostra de iodo em água, você provavelmente não irá ver nenhuma grande mudança. Mas se você colocar um pouco de hexano nesse mesmo experimento, verá que o Iodo será dissolvido e a camada orgânica irá adquirir uma cor roxa, justamente porque o hexano é apolar e consegue dissolver o Iodo.
3.1 E os isômeros?
assim como no ponto de fusão/ebulição os isômeros possuem solubilidades diferente, semelhantemente ao ponto de fusão, a disposição espacial da molécula é o fator determinante na comparação da solubilidade de isômeros. Nesse caso, o solvente é muito importanten, porque ele que define a solubilidade, o mais semelhante ao solvente será o mais solúvel, logo
se tomarmos como exemplo o álcool tert-butílico e o n-butan-1-ol temos que a solubilidade do n-butan-1-ol é maior em água já que o grupo hidroxila fica mais livre para interagir com as moléculas de água.
Algo interessante a se comentar, é que em um composto cíclico, como o ciclohexano as diferentes conformações possuem polaridades diferentem, assim, uma amostra de trans-1,2-dibromociclohexano em hexano é composta majoritariamente de um confôrmero, já em água o outro conformêro que está majoritariamente presente. Esse tipo de comportamente não é possivel sem ser em solução uma vez que esses confôrmeros estão em constante equílibrio.
Podemos ver que o confôrmero em que ambos os bromos estão axiais é confôrmero apolar e solúvel em hexano, já o outro é polar e solúvel em solvente polar.
4. VISCOSIDADE
A viscosidade é a resistência de um líquido ao escoamente e resumidamente, quanto mais forte for a força intermolecular mais arrastado as moléculas se moverão, uma vez que estarão presas umas as outras. Logo, quanto mais polar, geralmente falando, mais viscoso será o líquido. Algumas exceções são os ácidos graxos e óleos, que apesar de serem apolares, as suas moléculas são muito extensas e se entrelaçam, assim dificultando sua movimentação e consequemente deixando os líquidos altamente viscosos. Outra substância que não segue muito bem essa regra é água, que apesar de ser polar e teoricamente ser muito viscosa não é porque a molécula de água que se move consegue se ajustar rapidamente para a rede de ligações de hidrogênio do seu novo vizinho, portanto ela não é tão viscosa.