Exame de Física e Química A 2025 · 2.ª fase — item 1.2, resolvido

O ponto de partida. Quando uma substância molecular entra em ebulição, as moléculas separam-se umas das outras, mas não se partem: o que se quebra são as ligações entre moléculas — as ligações intermoleculares. Por isso, a temperatura de ebulição de uma substância molecular mede a intensidade das ligações intermoleculares. Uma temperatura de ebulição mais elevada significa ligações intermoleculares mais fortes.

1.º — o que distingue o $\mathrm{N}{\mathrm{H}}_3$ do $\mathrm{P}{\mathrm{H}}_3$

As duas moléculas têm a mesma forma — um átomo central com três hidrogénios e um par de eletrões não ligante, numa geometria piramidal trigonal. A diferença está no átomo central:

• o nitrogénio é um átomo pequeno e muito eletronegativo: na ligação $\mathrm{N}-\mathrm{H}$, o par partilhado fica muito deslocado para o nitrogénio, e o hidrogénio fica com uma carga parcial positiva acentuada;
• o fósforo é maior e tem uma eletronegatividade muito próxima da do hidrogénio: as ligações $\mathrm{P}-\mathrm{H}$ são muito pouco polares.

2.º — as ligações de hidrogénio

Um hidrogénio ligado a um átomo pequeno e muito eletronegativo (flúor, oxigénio ou nitrogénio) é atraído pelo par de eletrões não ligante de um desses átomos noutra molécula. Esta interação é uma ligação de hidrogénio, e é a mais forte das ligações intermoleculares.

No $\mathrm{N}{\mathrm{H}}_3$ estão os dois ingredientes: hidrogénios ligados ao nitrogénio, e o par não ligante do nitrogénio. As moléculas de amoníaco estabelecem ligações de hidrogénio entre si. No $\mathrm{P}{\mathrm{H}}_3$ não há: o fósforo não é suficientemente eletronegativo.

3.º — porque não são as de Van der Waals

As ligações de Van der Waals existem nas duas substâncias. E as de dispersão (de London) até são mais intensas no $\mathrm{P}{\mathrm{H}}_3$, porque a molécula tem mais eletrões. Se fossem elas a decidir, o $\mathrm{P}{\mathrm{H}}_3$ teria a temperatura de ebulição mais elevada. Como é o $\mathrm{N}{\mathrm{H}}_3$ que a tem (cerca de $-33{}^{\circ }\mathrm{C}$, contra cerca de $-88{}^{\circ }\mathrm{C}$ da fosfina), tem de haver no amoníaco uma interação que a fosfina não tem: a ligação de hidrogénio.

Resposta: opção (C).

a origem de cada opção errada

• (A) intramoleculares polares — as ligações $\mathrm{N}-\mathrm{H}$ são de facto covalentes polares, e é a polaridade delas que torna possíveis as ligações de hidrogénio. Mas são ligações dentro da molécula, e não se quebram na ebulição. O distrator apanha quem sabe que a polaridade importa, mas não distingue o que se passa dentro da molécula do que se passa entre moléculas.
• (B) de Van der Waals — são ligações intermoleculares, o que está na direção certa, mas existem nas duas substâncias, e as de dispersão são até mais fortes no $\mathrm{P}{\mathrm{H}}_3$. Não explicam a diferença. Apanha quem associa «temperatura de ebulição» a «forças intermoleculares» sem perguntar que tipo é exclusivo do amoníaco.
• (D) covalentes entre os átomos — são as ligações que mantêm os átomos unidos dentro de cada molécula. Na ebulição nenhuma delas se parte: o $\mathrm{N}{\mathrm{H}}_3$ gasoso continua a ser $\mathrm{N}{\mathrm{H}}_3$. É o erro de quem pensa que ferver uma substância é decompô-la.

onde se perdem pontos

Item de escolha múltipla, e facultativo: dos oito itens facultativos da prova, só contam os quatro com melhor pontuação. Os $10$ pontos são tudo ou nada.

• Confundir ligações intramoleculares com intermoleculares. A ebulição separa moléculas, não átomos. Se a opção fala de ligações entre os átomos de uma molécula, não é ela que explica uma temperatura de ebulição.
• Escolher a resposta mais geral. «De Van der Waals» é verdade para as duas substâncias. Num item comparativo, procura o que uma tem e a outra não.
• Deixar em branco. Errar não tira pontos; o branco vale $0$ de certeza. Mesmo com dúvidas entre duas opções, escolhe uma.
• Escrever duas respostas. Os critérios gerais dizem que, se aparecer mais do que uma resposta ao mesmo item, só se classifica a que surgir em primeiro lugar. Riscar mal ou acrescentar «ou (…)» não salva nada.
• Não indicar a versão da prova. Os critérios são claros: sem indicação inequívoca da versão, todos os itens de seleção valem zero. Esta chave é a da Versão 1; na Versão 2 as opções estão por outra ordem.

a regra a fixar

Para comparar temperaturas de ebulição de substâncias moleculares, compara as ligações intermoleculares. Procura primeiro as ligações de hidrogénio: existem quando há hidrogénio ligado a $\mathrm{F}$, $\mathrm{O}$ ou $\mathrm{N}$. É por elas que o $\mathrm{N}{\mathrm{H}}_3$, o ${\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$ e o $\mathrm{HF}$ têm temperaturas de ebulição anormalmente elevadas quando comparados com os compostos semelhantes dos elementos do mesmo grupo ($\mathrm{P}{\mathrm{H}}_3$, ${\mathrm{H}}_2\mathrm{S}$, $\mathrm{HCl}$).