Bebidas alcoólicas, algumas soluções desinfetantes ou até álcool combustível são exemplos de misturas constituídas por etanol (CH3CH2OH) e água. A “afinidade” entre esses líquidos é suficiente para possibilitar que a mistura formada por 500 mL de água e 500 mL de etanol origine uma solução de 970 mL, em um processo que envolve liberação de pequena quantidade de energia. De certa forma, isso constitui um problema para os fabricantes, uma vez que, para obterem um litro dessa mistura, necessitariam misturar mais do que 500 mL de cada um dos líquidos.
Do ponto de vista da química, a que se deve essa variação de volume?
A) À redução do volume das moléculas.
B) Ao abaixamento da massa molecular.
C) À formação de ligações covalentes mais fortes.
D) À diminuição do grau de agitação das moléculas.
E) Ao estabelecimento de interações intermoleculares mais intensas.
Resolução em texto
Matérias Necessárias para a Solução da Questão: Química Geral (Soluções, Forças Intermoleculares)
Nível da Questão: Médio
Gabarito: E
Tema/Objetivo Geral: Compreender por que a mistura de água e etanol sofre contração de volume devido às intensas interações intermoleculares, sobretudo pontes de hidrogênio.
Passo 1: Análise do Comando e Definição do Objetivo
📌 Retomada do Comando: O enunciado descreve a mistura de 500 mL de água com 500 mL de etanol, resultando em apenas 970 mL de solução final. Ele questiona a razão química para essa variação de volume.
🔹 Explicação Detalhada: O comando pede que se identifique o motivo dessa redução do volume total quando se misturam água e etanol, enfatizando que há liberação de uma pequena quantidade de energia no processo.
📌 Identificação de Palavras-chave: Água, etanol, volume final menor, “afinidade”, interações intermoleculares.
📌 Definição do Objetivo: Determinar a causa química para a contração de volume quando água e etanol são misturados.
“Agora que o comando foi analisado e o objetivo definido, vamos abordar os conceitos e conteúdos necessários.”
Passo 2: Explicação de Conceitos Necessários
📌 Conceitos Teóricos Essenciais:
🔹 Forças Intermoleculares: As moléculas podem interagir por meio de pontes de hidrogênio, dipolo-dipolo e forças de dispersão. No caso de água e etanol, as pontes de hidrogênio são muito relevantes.
🔹 Pontes de Hidrogênio (H-bonding): Interação intermolecular forte entre um hidrogênio ligado a um átomo muito eletronegativo (F, O ou N) e um par de elétrons livres em outro átomo eletronegativo.
📌 Definições Importantes:
🔹 Contração de Volume: Quando as moléculas se organizam de forma mais compacta devido às interações intermoleculares, o volume total resultante é menor que a soma dos volumes iniciais.
📌 Representações Visuais:
🔹 (imagem ilustrativa de moléculas de água e etanol formando pontes de hidrogênio, evidenciando o arranjo mais compacto)
“Com os conceitos bem estabelecidos, vamos agora interpretar o texto da questão.”
Passo 3: Tradução e Interpretação do Texto
📌 Análise do Contexto:
🔹 A mistura de água e etanol resulta em um volume menor que a soma dos volumes iniciais, indicando que há forte interação entre as moléculas, tornando a solução mais “apertada”.
📌 Identificação de Frases-chave:
🔹 “afinidade entre esses líquidos”, “liberação de pequena quantidade de energia”, “necessitariam misturar mais do que 500 mL de cada um dos líquidos para obter 1 L”.
📌 Relação com o Conteúdo Químico:
🔹 A contração de volume está diretamente ligada ao rearranjo das moléculas de água e etanol, graças a interações intermoleculares mais intensas, em especial as pontes de hidrogênio.
📌 Coloque-se no Lugar de um Químico de Alimentos:
🔹 Você precisa explicar por que, ao misturar água e etanol, o volume final é menor que a soma dos volumes parciais, impactando a produção de bebidas alcoólicas e outros produtos.
“Agora que o texto foi interpretado, vamos desenvolver o raciocínio e, se necessário, os cálculos ou explicações técnicas para a resolução completa.”
Passo 4: Desenvolvimento do Raciocínio
📌 Resolução Completa:
🔹 A água (H₂O) e o etanol (CH₃CH₂OH) são capazes de formar pontes de hidrogênio entre si, além das que já formam individualmente.
🔹 Quando misturadas, essas moléculas se organizam de maneira mais compacta, pois as pontes de hidrogênio atraem fortemente uma molécula à outra.
🔹 Esse arranjo mais denso reduz o espaço vazio entre as moléculas, provocando a contração de volume.
📌 Explicação da Lógica Química:
🔹 A intensidade dessas interações faz com que o volume total seja menor do que a simples soma dos volumes iniciais. Há também liberação de energia (calor de dissolução), indicando que o processo é energeticamente favorável.
📌 Ilustrações Descritivas:
🔹 (imagem de moléculas de água e etanol se “encaixando” por pontes de hidrogênio, reduzindo os espaços vazios)
“Com o raciocínio desenvolvido, vamos agora analisar as alternativas apresentadas.”
Passo 5: Análise das Alternativas e Resolução
📌 Reescrita e Análise das Alternativas:
- A) À redução do volume das moléculas.
❌ Justificativa: As moléculas não “diminuem” de tamanho. O volume molecular não muda; o que ocorre é a aproximação entre elas. - B) Ao abaixamento da massa molecular.
❌ Justificativa: A massa molecular de cada substância permanece inalterada. - C) À formação de ligações covalentes mais fortes.
❌ Justificativa: Não se formam novas ligações covalentes entre as moléculas de água e etanol, e sim interações intermoleculares (pontes de hidrogênio). - D) À diminuição do grau de agitação das moléculas.
❌ Justificativa: A agitação molecular não é necessariamente reduzida a ponto de justificar a contração de volume. - E) Ao estabelecimento de interações intermoleculares mais intensas.
✅ Justificativa: Reflete exatamente a formação de pontes de hidrogênio e o arranjo mais compacto das moléculas, levando à contração de volume.
“Finalmente, vamos concluir a resolução com um resumo e a justificativa final.”
Passo 6: Conclusão e Justificativa Final
📌 Resumo do Raciocínio:
🔹 A contração de volume se deve ao arranjo mais compacto das moléculas de água e etanol, causado pelas fortes interações intermoleculares (principalmente pontes de hidrogênio).
📌 Reafirmação da Alternativa Correta:
🔹 A alternativa E é a correta, pois a variação de volume deve-se ao estabelecimento de interações intermoleculares mais intensas na mistura.
🔍 Resumo Final:
🔹 Portanto, a diminuição do volume ocorre porque as moléculas de água e etanol se unem por pontes de hidrogênio, resultando em uma estrutura mais densa e menor volume total.
