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Forças intermoleculares e pressão de vapor

A pressão de vapor de um líquido está diretamente relacionada às forças intermoleculares presentes entre suas moléculas. Quanto mais fortes essas forças forem, menor será a taxa de evaporação e menor será a pressão de vapor. Versão original criada por Sal Khan.

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Transcrição de vídeo

RKA22JL - Olá, meu amigo ou minha amiga. Tudo bem com você? Seja muito bem-vindo ou bem-vinda a mais um vídeo da Khan Academy Brasil. E, neste vídeo, vamos conversar sobre as forças intermoleculares e a pressão de vapor. Aqui na tela temos quatro moléculas diferentes, e o que eu quero que você pense agora é que, se tivesse uma amostra pura de cada uma dessas moléculas, qual dessas amostras puras teria o ponto de ebulição mais alto? Depois, qual teria o segundo ponto de ebulição mais alto, depois o terceiro e depois do quarto. Pause esse vídeo e tente descobrir isso. E aí, conseguiu? Para descobrir isso, basicamente o que precisamos saber é que isso realmente se resume a qual dessas moléculas apresenta forças intermoleculares mais altas quando estão no estado líquido. Isso porque, se você tem forças intermoleculares altas, é preciso de muita energia para superar as forças intermoleculares para fazer o líquido chegar ao estado gasoso. Com isso, teremos um ponto de ebulição superior. Para pensar em tudo isso, é interessante a gente pensar sobre as forças intermoleculares que estudamos, certo? Poderíamos pensar sobre as ligações de hidrogênio, que são as formas mais fortes dentre as interações dipolo-dipolo. Inclusive, elas vão ser mais fortes que as forças de dispersão de London. Podemos ver que o éter dietílico não vai formar ligações de hidrogênio. Não vemos nenhuma ligação entre um hidrogênio e um oxigênio, ou um nitrogênio ou um flúor. O etanol tem uma ligação oxigênio-hidrogênio. O metanol também tem uma ligação oxigênio-hidrogênio. A água tem duas ligações de oxigênio-hidrogênio. Então, se eu tivesse que classificar a contribuição da ligação de hidrogênio às forças intermoleculares, eu colocaria a água como número um, porque pode formar a maioria das ligações de hidrogênio. Eu colocaria o metanol e o etanol como empate no segundo lugar. E aí, eu colocaria o éter dietílico por último, porque ele não pode formar ligações de hidrogênio. Então só de olhar para isso, eu sei que a água vai ter o ponto de ebulição mais alto e o éter dietílico vai ter o ponto de ebulição mais baixo. Mas é a diferença entre o metanol e etanol? Poderíamos pensar sobre outros tipos de forças dipolo, mas não podemos fazer muita coisa de forma intuitiva apenas olhando para isso aqui. Mas, olhando assim, a gente pode dizer que eles vão ter momentos dipolo semelhantes em uma base molecular. Porém, a gente pode pensar sobre as forças de dispersão de London. Podemos fazer uma classificação de todos eles em relação às forças de dispersão de London. Não se esqueça que as forças de dispersão de London são proporcionais a quão polarizável é uma molécula. E isso é proporcional ao tamanho da nuvem eletrônica, que é proporcional à massa molar. E é claro que o éter dietílico tem a maior massa molar dentre esses aqui, seguido pelo etanol, que é seguido pelo metanol, que é seguido pela água. Como eu sei disso? Você literalmente pode tirar átomos do éter dietílico para chegar a um etanol. E você pode literalmente tirar átomos disso para chegar ao metanol. E, claro, você pode literalmente tirar átomos disso para chegar a uma água. Então sabemos que essa é a ordem de massa molar. Observando essas forças de dispersão de London, eu não mudaria a classificação da água ou do éter dietílico, porque essas forças são muito mais fracas que as ligações de hidrogênio. Mas elas podem ser úteis para o desempate entre o etanol e o metanol. Então, a minha classificação geral para os pontos de ebulição é que o ponto de ebulição mais alto vai ser o da água, seguindo pelo etanol, que venceu o empate, depois vem o metanol, e aí com o ponto de ebulição mais baixo, teremos o éter dietílico. Olhando para os dados reais, a gente percebe que eles estão bem consistentes com o que acabamos de fazer. Podemos ver muito claramente que a água tem o ponto de ebulição mais alto. Em segundo, o etanol, depois o metanol e, por último, temos o éter dietílico. Então, nossa intuição foi completamente consistente com os dados reais. Tem outra coisa interessante aqui nessa tabela e que talvez você tenha percebido. É isso aqui que está nessa coluna, que é chamado de pressão de vapor. Você também deve ter percebido que os valores apresentados nessa tabela apresentam uma tendência oposta ao ponto de ebulição. As coisas que têm um alto ponto de ebulição têm baixa pressão de vapor, e as coisas que têm um ponto de ebulição baixo têm alta pressão de vapor. Mas do que estamos falando? O que é a pressão de vapor e por que nós vemos essa relação entre essas tendências? Eu não vou entrar em detalhes mais aprofundados sobre a pressão de vapor, principalmente porque tem outros vídeos aqui na Khan Academy onde conversamos sobre isso. Então, por isso, eu não vou falar tão profundamente sobre a pressão de vapor, tá bom? Mas, só para você ter uma ideia, imagine que a gente tem um recipiente fechado aqui, imagine também que eu coloquei dentro desse recipiente cada uma dessas amostras no estado líquido. Eu vou desenhar apenas as moléculas e, claramente, eu não estou desenhando esses pequenos círculos em escala, ok? Também não podemos esquecer de algo muito importante: a temperatura. Então, vamos dizer que isso está a 20°C. Como você pode perceber, 20°C está abaixo do ponto de ebulição de todos esses personagens. Então, na maior parte, eles vão estar em estado líquido, mas sabemos que nem todas essas moléculas estarão se movendo com exatamente a mesma energia cinética. Não se esqueça que você pode ver a temperatura como uma medida de energia cinética média das moléculas, mas elas estão todas colidindo umas com as outras em posições diferentes e com diferentes velocidades. Portanto, com diferentes energias cinéticas. Sendo assim, de vez em quando, você vai ter uma molécula que está em uma certa posição com uma energia cinética suficiente para escapar e entrar no estado de vapor, em um estado gasoso. E, claro, isso vai continuar acontecendo. Porém, como essas coisas que estão no estado gasoso estão dentro de um recipiente, elas vão acabar esbarrando umas nas outras. E aí, de vez em quando, elas vão se aproximar da superfície com uma certa posição e com uma certa energia cinética, de forma que elas serão recapturadas pelas forças intermoleculares, e aí voltam a entrar no estado líquido. Então, como você pode imaginar, isso vai continuar acontecendo onde temos algo no estado líquido indo para o estado gasoso. Isso vai fazer com que a quantidade de vapor dentro do recipiente fique cada vez maior. Sendo assim, teremos a pressão de vapor ficando cada vez mais alta. Não se esqueça que a pressão é o nome dado para o fato das moléculas estarem saltando de um lado para o outro e colidindo com, por exemplo, as paredes do recipiente. Isso vai continuar acontecendo até chegar um ponto de equilíbrio e, como você pode imaginar, as coisas que têm um ponto de ebulição mais baixo possuem forças intermoleculares mais baixas. Sendo assim, mais vapor vai se formar, e aí teremos uma pressão de vapor mais alta para chegar ao ponto de equilíbrio. Por outro lado, quando temos um ponto de ebulição mais alto, teremos forças intermoleculares maiores, consequentemente, menos dessas moléculas vão se separar. E aí, teremos uma pressão de vapor mais baixa para chegar ao ponto de equilíbrio. E você pode ver isso claramente aqui na tabela. Enfim, meu amigo ou minha amiga, eu espero que você tenha compreendido tudo isso que conversamos até aqui e aprendido um pouco mais sobre a pressão de vapor, e como isso se relaciona com as forças intermoleculares e o ponto de ebulição. Mais uma vez, eu quero deixar para você um grande abraço. E até a próxima!