Questão 5 (Química) do ITA 2016

Question

Considere os seguintes compostos químicos que se encontram no estado líquido à temperatura de 298\ \text{K} e pressão ambiente de 1\ \text{bar}:

I. 2-metil-pentano
II. 3-metil-pentano
III. 2,2-dimetil-butano
IV. 2,3-dimetil-butano
V. Hexano

Nestas condições, assinale a opção que apresenta a ordem decrescente da magnitude da pressão de vapor dos respectivos compostos.

A
\text{I} > \text{II} > \text{III} > \text{IV} > \text{V}
B
\text{II} > \text{I} > \text{V} > \text{III} > \text{IV}
C
\text{III} > \text{IV} > \text{I} > \text{II} > \text{V}
D
\text{IV} > \text{III} > \text{I} > \text{II} > \text{V}
E
\text{V} > \text{II} > \text{I} > \text{IV} > \text{III}

Answer 1

PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS

Questão 5 (Química) do ITA 2016

Química · Química: Forças intermoleculares

Texto-base das questões 01 a 20 · Química

Constante de Avogadro (\text{N}_\text{A}) = 6{,}02 \times 10^{23}\text{ mol}^{-1}
Constante de Faraday (F) = 9{,}65 \times 10^4\text{ C}\cdot\text{mol}^{-1} = 9{,}65 \times 10^4\text{ A}\cdot\text{s}\cdot\text{mol}^{-1} = 9{,}65 \times 10^4\text{ J}\cdot\text{V}^{-1}\cdot\text{mol}^{-1}
Volume molar de gás ideal = 22{,}4\text{ L} (CNTP)
Carga elementar = 1{,}602 \times 10^{-19}\text{ C}
Constante dos gases (R) = 8{,}21 \times 10^{-2}\text{ atm}\cdot\text{L}\cdot\text{K}^{-1}\cdot\text{mol}^{-1} = 8{,}31\text{ J}\cdot\text{K}^{-1}\cdot\text{mol}^{-1} = 1{,}98\text{ cal}\cdot\text{K}^{-1}\cdot\text{mol}^{-1} =
= 62{,}4\text{ mmHg}\cdot\text{L}\cdot\text{K}^{-1}\cdot\text{mol}^{-1}
Constante gravitacional (g) = 9{,}81\text{ m}\cdot\text{s}^{-2}
Constante de Planck (h) = 6{,}626 \times 10^{-34}\text{ m}^2\cdot\text{kg}\cdot\text{s}^{-1}
Velocidade da luz no vácuo = 3{,}0 \times 10^8\text{ m}\cdot\text{s}^{-1}

DEFINIÇÕES

Pressão de 1\text{ atm} = 760\text{ mmHg} = 101325\text{ N}\cdot\text{m}^{-2} = 760\text{ Torr} = 1{,}01325\text{ bar}

1\text{ J} = 1\text{ N}\cdot\text{m} = 1\text{ kg}\cdot\text{m}^2\cdot\text{s}^{-2}. \ln 2 = 0{,}693

Condições normais de temperatura e pressão (CNTP): 0^\circ\text{ C} e 760\text{ mmHg}

Condições ambientes: 25^\circ\text{ C} e 1\text{ atm}

Condições padrão: 1\text{ bar}; concentração das soluções = 1\text{ mol}\cdot\text{L}^{-1} (rigorosamente: atividade unitária das espécies); sólido com estrutura cristalina mais estável nas condições de pressão e temperatura em questão.

(s) = sólido. (\ell) = líquido. (g) = gás. (aq) = aquoso. (CM) = circuito metálico. (conc) = concentrado.

(ua) = unidades arbitrárias. [X] = concentração da espécie química X em \text{mol}\cdot\text{L}^{-1}.

MASSAS MOLARES

Elemento Químico	Número Atômico	Massa Molar (\text{g}\cdot\text{mol}^{-1})	Elemento Químico	Número Atômico	Massa Molar (\text{g}\cdot\text{mol}^{-1})
H	1	1,01	Cr	24	52,00
He	2	4,00	Mn	25	54,94
Li	3	6,94	Fe	26	55,85
C	6	12,01	Co	27	58,93
N	7	14,01	Cu	29	63,55
O	8	16,00	Zn	30	65,38
Na	11	22,99	Br	35	79,90
Mg	12	24,31	Ag	47	107,87
P	15	30,97	I	53	126,90
S	16	32,06	Pt	78	195,08
Cl	17	35,45	Hg	80	200,59
K	19	39,10	Pb	82	207,21
Ca	20	40,08

Considere os seguintes compostos químicos que se encontram no estado líquido à temperatura de 298\ \text{K} e pressão ambiente de 1\ \text{bar}:

I. 2-metil-pentano
II. 3-metil-pentano
III. 2,2-dimetil-butano
IV. 2,3-dimetil-butano
V. Hexano

Nestas condições, assinale a opção que apresenta a ordem decrescente da magnitude da pressão de vapor dos respectivos compostos.

A
\text{I} > \text{II} > \text{III} > \text{IV} > \text{V}
B
\text{II} > \text{I} > \text{V} > \text{III} > \text{IV}
C
\text{III} > \text{IV} > \text{I} > \text{II} > \text{V}
D
\text{IV} > \text{III} > \text{I} > \text{II} > \text{V}
E
\text{V} > \text{II} > \text{I} > \text{IV} > \text{III}

Escolha uma alternativa para conferir o gabarito.

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Resolução comentada

Todos os cinco compostos são isômeros do \ce{C6H14} (mesma massa molar) e apolares, então interagem só por forças de London (dipolo induzido). Quanto mais forte essa interação, maior o ponto de ebulição e menor a pressão de vapor.

A intensidade das forças de London depende da superfície de contato entre as moléculas. Cadeias lineares se encostam mais; cadeias ramificadas são mais compactas (mais esféricas), têm menos superfície de contato e interagem menos. Logo, quanto mais ramificado o isômero, maior a pressão de vapor.

Ordenando pela ramificação:

Hexano (V): cadeia linear, interação mais forte, menor pressão de vapor.
2-metil-pentano (I) e 3-metil-pentano (II): uma ramificação. O 3-metil, com a ramificação no centro, é um pouco mais compacto, mas a diferença é pequena (p.e. 60,3 °C para I e 63,3 °C para II). Assim, I tem pressão de vapor maior que II.
2,3-dimetil-butano (IV): duas ramificações, p.e. 58 °C.
2,2-dimetil-butano (III): duas ramificações, a mais compacta, p.e. 49,7 °C, a maior pressão de vapor.

Ordem decrescente de pressão de vapor: III > IV > I > II > V.

Alternativa C.

Pegadinha: A alternativa D engana por trocar III e IV, ambos dimetil-butano; é preciso notar que o 2,2-dimetil é o mais compacto e tem o menor ponto de ebulição.

Por que as outras alternativas estão erradas

AIgnora o efeito da ramificação e coloca o hexano, linear, com a menor interação, entre os de menor pressão de vapor apenas por último, mas põe os mais ramificados (III, IV) abaixo dos menos ramificados.
BColoca os mais ramificados (III e IV) com as menores pressões de vapor e o hexano acima deles, invertendo o efeito da ramificação.
DTroca III e IV: o 2,2-dimetil-butano é mais compacto (p.e. menor) que o 2,3-dimetil-butano, logo tem maior pressão de vapor.
EInverte a ordem correta, associando maior pressão de vapor à cadeia linear e menor à mais ramificada.

Assunto: Forças intermoleculares.

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Questão 5 no caderno Química do ITA 2016

Fonte: ITA 2016 · Química. Prova oficial ↗