Pontos de fusão

Pontos de fusão em química orgânica

O ponto de fusão de um composto é a temperatura na qual a fase sólida faz a transição para a fase líquida a uma pressão padrão de 1 atmosfera. O ponto de fusão de um composto é uma propriedade física, como solubilidade, densidade, cor e eletronegatividade, que pode ser usada para identificar um composto. Determinar a temperatura exata na qual um composto começa a derreter é uma tarefa desafiadora; Por causa disso, o ponto de fusão dos compostos é relatado como um intervalo. O limite inferior da faixa do ponto de fusão é a temperatura na qual as primeiras gotas de líquido são observadas. O limite superior da faixa é a temperatura na qual toda a fase sólida fez a transição para a fase líquida. Existem guias de referência com valores aceitos na literatura, que são usados para identificar compostos.

O efeito das forças intermoleculares nos pontos de fusão

Um fator importante que afeta o ponto de fusão do composto é o tipo de forças intermoleculares que existem dentro do composto. As forças intermoleculares são atrativas ou repulsivas entre as moléculas de um composto. Na fase sólida, as moléculas de um composto formarão uma estrutura de rede organizada à medida que as moléculas são compactadas juntas. Existem três tipos principais de forças intermoleculares:

1. Ligação de hidrogênio – A ligação de hidrogênio é um tipo de força intermolecular que ocorre devido às forças de atração entre um oxigênio eletronegativo e um átomo de hidrogênio. Portanto, para que esse tipo de força intermolecular esteja presente, o composto deve conter oxigênio e hidrogênio. Portanto, compostos que contêm grupos hidroxila, como álcoois, formam prontamente ligações de hidrogênio. Dentro do grupo hidroxila, um dipolo se forma à medida que o oxigênio mais eletronegativo puxa a densidade eletrônica em sua direção, fazendo com que o oxigênio tenha uma carga parcial negativa. Isso também deixa o hidrogênio com uma carga positiva parcial. Os oxigênios eletronegativos próximos são atraídos para a carga positiva parcial, formando uma ligação de hidrogênio. Dos três tipos de forças intermoleculares, a ligação de hidrogênio é a mais forte.
2. Interações dipolo-dipolo – O segundo tipo mais forte de força intermolecular, as interações dipolo-dipolo se formam em moléculas que contêm átomos eletronegativos, como oxigênio, nitrogênio e qualquer um dos halogenetos, como cloro e flúor. Por exemplo, uma molécula de hidrocarboneto contendo flúor formará interações dipolo-dipolo. Como? O átomo de flúor eletronegativo puxará a densidade eletrônica em sua direção, fazendo com que ele tenha uma carga parcial negativa. O átomo de conexão, o carbono, perde parte dessa densidade eletrônica e, portanto, ganha uma carga negativa parcial. Isso forma um dipolo temporário na ligação flúor-carbono. À medida que cargas opostas se atraem, o flúor parcialmente negativo é atraído pelo carbono parcialmente positivo de outra molécula vizinha, formando uma interação dipolo-dipolo.
3. Forças de dispersão de Londres – Este tipo de interação é uma forma de forças de van der Waals e está presente em todos os compostos. As forças de dispersão de Londres são o tipo mais fraco de forças intermoleculares. Como as interações dipolo-dipolo, há uma redistribuição da densidade eletrônica ao redor da molécula, causando a formação de cargas temporárias. Ao contrário das interações dipolo-dipolo, os dipolos formados nas forças de dispersão de Londres são muito fracos e mínimos. Por exemplo, compostos apolares como metano, etano, pentano e octano interagem por meio de forças de dispersão de London. A área de superfície e o comprimento da molécula determinam a força das forças de atração, de modo que os compostos com mais área de superfície têm maiores forças de dispersão de London do que os compostos menores. Portanto, a octanagem teria forças de dispersão de Londres mais fortes do que o metano.

Cada tipo de força intermolecular tem uma força de atração diferente. Portanto, compostos contendo ligações de hidrogênio requerem mais energia para quebrar a atração entre moléculas do que um composto apolar que possui apenas forças de dispersão de London. Assim, a presença de ligações de hidrogênio aumenta o ponto de fusão de um composto.

O efeito das impurezas nos pontos de fusão

Os valores relatados na literatura dos pontos de fusão pressupõem que você tenha uma amostra pura do composto em questão. Muitas vezes, no laboratório ou em amostras desconhecidas, as amostras testadas não são compostos puros. As impurezas fazem com que o ponto de fusão observado de uma mistura seja menor do que a temperatura real de fusão do composto puro. O alcance observável é maior do que o da substância pura.

Em um composto puro, o sólido é composto de uma estrutura uniforme e ordenada e requer uma certa quantidade de temperatura para quebrar a estrutura para que o composto faça a transição para a fase líquida. Em uma mistura contendo impurezas, a fase sólida é composta por uma estrutura desorganizada. Isso requer muito menos energia para fazer a transição para a fase líquida, diminuindo assim o ponto de fusão. Esse fenômeno é conhecido como depressão do ponto de fusão. Quanto mais impurezas na amostra, mais ampla a faixa do ponto de fusão e menor a temperatura de fusão.