As substâncias dadas pelas suas fórmulas moleculares, CH4, H2 S e H2 O, estão em ordem crescente de seus pontos de ebulição. Explique por que, do ponto de vista estrutural, esses compostos estão nessa ordem.

Passo 1

Beleza, vamos lá! A gente tem três substâncias: CH4 (metano), H2S (hidrogênio sulfídrico) e H2O (água). A questão quer saber por que essas substâncias têm seus pontos de ebulição aumentando nessa ordem. Para resolver isso, vamos falar sobre as forças intermoleculares que existem entre as moléculas dessas substâncias e como elas afetam os pontos de ebulição.

Passo 2

Primeiro, vamos entender o que é ponto de ebulição. É a temperatura na qual uma substância passa do estado líquido para o gasoso. Quanto maior o ponto de ebulição, mais energia é necessária para separar as moléculas da substância.

Passo 3

Agora, sobre as forças intermoleculares. São as forças que mantêm as moléculas unidas no estado líquido. As principais são:
  • Forças de dispersão (ou de London): Presentes em todas as moléculas, são mais fortes em moléculas maiores.
  • Forças dipolo-dipolo: Ocorrem em moléculas polares, onde há uma distribuição desigual de cargas elétricas.
  • Ligação de hidrogênio: Um tipo especial de força dipolo-dipolo, muito forte, que ocorre quando hidrogênio está ligado a átomos altamente eletronegativos como oxigênio, nitrogênio ou flúor.

Passo 4

Vamos analisar cada substância:
  1. CH4 (Metano): É uma molécula apolar. Só possui forças de dispersão.
  2. H2S (Hidrogênio sulfídrico): É uma molécula polar, então além das forças de dispersão, tem forças dipolo-dipolo.
  3. H2O (Água): Também é polar e forma ligações de hidrogênio, além das forças de dispersão.

Passo 5

As forças de dispersão são presentes nas três, mas são mais fortes no H2O devido à sua maior massa molecular e estrutura. As forças dipolo-dipolo no H2S são mais fortes que no CH4 por causa da polaridade. No entanto, a água tem ligações de hidrogênio, que são ainda mais fortes que as forças dipolo-dipolo.

Passo 6

Como as ligações de hidrogênio na água são mais fortes que as forças dipolo-dipolo no H2S e as forças de dispersão no CH4, a água requer mais energia para passar para o estado gasoso, resultando em um ponto de ebulição mais alto. O H2S tem um ponto de ebulição maior que o CH4 devido às forças dipolo-dipolo adicionais.

Resposta

Portanto, a ordem crescente dos pontos de ebulição CH4 < H2S < H2O ocorre porque, estruturalmente, cada substância possui forças intermoleculares progressivamente mais fortes: forças de dispersão no metano, adicionando forças dipolo-dipolo no hidrogênio sulfídrico e completando com ligações de hidrogênio na água.

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