Questão 12 da FUVEST 2023

1ª fase

Em um estudo, pesquisadores mostraram que a energia de interação (E) de \ce{SO3} com diversas espécies tem relação com a distância da ligação \ce{S=O} (\text{D}_{\ce{S=O}}), como representado na figura.

Gráfico de dispersão com reta ajustada mostrando a energia de interação E, em kcal/mol, no eixo vertical (de 0 a 25), em função da distância da ligação DS=O, em Å, no eixo horizontal (de 1,436 a 1,452), para as espécies SO3---HCN, SO3---MeCN, SO3---NH3, SO3---piridina e SO3---NMe3.

A energia de interação de uma espécie com outra pode ser entendida como a energia necessária para desfazer a interação entre o \ce{SO3} e os compostos estudados (X), como representado na figura ao lado.

Esquema representando a estrutura do SO3 interagindo pontilhadamente com uma espécie X, com uma seta indicando a ligação S=O como DS=O (distância da ligação) e outra seta indicando a interação pontilhada como E (energia para desfazer a interação).

Considerando essas informações, é correto afirmar que

  1. A
    a interação mais forte ocorre entre \ce{SO3} e \ce{MeCN}.
  2. B
    quanto mais forte a interação entre moléculas, mais longa é a ligação \ce{S=O}.
  3. C
    a interação de \ce{SO3} e \ce{NH3} é a que faz com que a ligação \ce{S=O} se alongue mais.
  4. D
    a ligação \ce{S=O} se torna mais curta com o aumento da energia de interação entre moléculas.
  5. E
    a energia de interação do \ce{SO3} com uma molécula de \ce{HCN} é do mesmo valor do que com uma molécula de \ce{NH3}.
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Resolução comentada

O gráfico mostra a energia de interação E (energia necessária para desfazer a interação SO₃···X) em função da distância da ligação S=O. A reta ajustada é crescente: quanto maior E, maior \text{D}_{\ce{S=O}}.

Lendo os pontos, do menor para o maior valor de E:

  1. \ce{HCN}: E ≈ 4 kcal/mol, \text{D} \approx 1{,}437 Å.
  2. \ce{MeCN}: E ≈ 8 kcal/mol, \text{D} \approx 1{,}438 Å.
  3. \ce{NH3}: E ≈ 18 kcal/mol, \text{D} \approx 1{,}444 Å.
  4. piridina: E ≈ 23 kcal/mol, \text{D} \approx 1{,}448 Å.
  5. \ce{NMe3}: E ≈ 29 kcal/mol, \text{D} \approx 1{,}451 Å.

Como E mede a energia para desfazer a interação, quanto maior E, mais forte é a interação. Logo, a interação mais forte é com \ce{NMe3}, e a ligação S=O também é a mais longa nesse caso.

Análise das alternativas: a relação entre força da interação e comprimento da ligação é direta, então quanto mais forte a interação, mais longa a ligação S=O. Isso confirma a alternativa B e descarta a D, que afirma o contrário. A alternativa A erra porque o MeCN tem interação fraca. A C erra porque o maior alongamento ocorre com \ce{NMe3}, não com \ce{NH3}. A E erra porque HCN e NH₃ têm energias bem diferentes (≈ 4 e ≈ 18 kcal/mol).

Alternativa B.

Por que as outras alternativas estão erradas

  • AO MeCN tem E baixa (≈ 8 kcal/mol); a interação mais forte é com NMe₃.
  • CO maior alongamento da ligação S=O ocorre com NMe₃, não com NH₃, que fica no meio do gráfico.
  • DInverte a relação: a reta é crescente, então maior E corresponde a ligação S=O mais longa.
  • EHCN (≈ 4 kcal/mol) e NH₃ (≈ 18 kcal/mol) têm energias de interação bem diferentes.

Assuntos: interpretação de gráfico, interações intermoleculares, energia de interação.

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