FORÇAS INTERMOLECULARES E PROPRIEDADES FÍSICASI – Introdução      Os estados físicos da matéria se diferenciam pela distân...
II – Tipos de Forças Intermoleculares        As forças intermoleculares têm origem eletrônica: surgem de uma atraçãoeletro...
2-DIPOLO-DIPOLO INDUZIDO.       A presença de moléculas que tem dipolos permanentes podem distorcer adistribuição de carga...
Também conhecida como forças de dispersão, ocorre entre moléculas apolaresou entre átomos de gases nobres, quando por um m...
Em resumo, são forças de natureza elétrica do tipo dipolo permanente - dipolopermanente, porém bem mais intensas. O corre ...
fenômeno é conhecido como Regra da Semelhança. Ex.: água dissolve sal de cozinha(polar-polar), gasolina dissolve graxa (ap...
Em algumas circunstâncias a força intermolecular sobrepuja a massa molecular,sendo que as comparações efetuadas nos divers...
neo-pentano, a interação é dificultada devido ao impedimento espacial provocado pelogrupos -CH3. A polarização induzida oc...
espacial. Um outro exemlo é o DNA de todos os humanos: sua forma de dupla-hélice –é mantida graças às ligações hidrogênio ...
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Quil006 forças intermolecculares material

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Quil006 forças intermolecculares material

  1. 1. FORÇAS INTERMOLECULARES E PROPRIEDADES FÍSICASI – Introdução Os estados físicos da matéria se diferenciam pela distância existente entre asmoléculas que compõem o material. Observe as figuras a seguir:Gasoso Líquido Sólido No estado gasoso as moléculas se encontram bem afastadas, com grande grau dedesordem. No estado líquido as moléculas se encontram um pouco mais organizadas,com um grau de liberdade de movimentação um pouco menor. Já no estado sólido asmoléculas se encontram bem mais organizadas, com grau de movimentação ainda maisreduzido. O que faz as moléculas ficarem mais unidas no estado sólido do que no estadolíquido ou gasoso? Isso é responsabilidade das forças intermoleculares ( ou interaçõesintermoleculares). Sendo assim pode-se dizer que a alteração da fase de agregação (sólido-líquidogasoso), está associada à força de atração que existe entre as moléculas dessesmateriais. Quanto maior a força atrativa entre as moléculas, maior será a energiautilizada para separarmos essas moléculas, como conseqüência teremos valoreselevados de pontos de fusão e pontos de ebulição. Lembrando que ponto de fusão é atemperatura na qual uma dada substância altera seu estado físico de sólido para líquido eo ponto de ebulição seria a temperatura na qual uma dada substância altera seu estadofísico de líquido para sólido. A atração que existe entre as moléculas de um dado material é denominadaForças Intermoleculares ou Ligações Intermoleculares, sendo estas caracterizadas deacordo com a polaridade de cada molécula estudada.
  2. 2. II – Tipos de Forças Intermoleculares As forças intermoleculares têm origem eletrônica: surgem de uma atraçãoeletrostática entre nuvens de elétrons e núcleos atômicos. São fracas, se comparadas àsligações covalentes ou iônicas. Mas forte o suficiente para sustentar uma lagartixa noteto da sala.Tipo de Interação Energia típica (kJ/mol) Espécies que interagemÍon- Íon 250 íonsÍon-dipolo 1-70 Íons-moléculas polaresDipolo-dipolo 0,1-10 Molécula polaresDipolo-dipolo induzido ~2 Mol. Polar-apolarLondon Dispersão Inferior a 2 Moléculas apolaresLigação de hidrogênio ~ 20 H com N,O ou F1 - FORÇAS DO TIPO DIPOLO PERMANENTE - DIPOLO PERMANENTE. As moléculas de alguns materiais, embora eletricamente neutras, podem possuirum dipolo elétrico permanente. Devido a alguma distorção na distribuição da cargaelétrica, um lado da molécula e ligeiramente mais “positivo” e o outro é ligeiramentemais “negativo”. A tendência é destas moléculas se alinharem, e interagirem umas comas outras, por atração eletrostática entre os dipolos opostos. Esta interação é chamada dedipolo-dipolo. Ocorrem em moléculas polares, de modo que a extremidade negativa do dipolode uma molécula se aproxime da extremidade positiva do dipolo de outra molécula. Sãomais fortes que as forças de dipolo instantâneo. Ex.: HCl; H2S; PH3; etc.
  3. 3. 2-DIPOLO-DIPOLO INDUZIDO. A presença de moléculas que tem dipolos permanentes podem distorcer adistribuição de carga elétrica em outras moléculas vizinhas, mesmo as que não possuemdipolos (apolares), através de uma polarização induzida. Esta interação é chamada dedipolo-dipolo induzido.3-DIPOLO INDUZIDO -DIPOLO INDUZIDO. E, em terceiro, mesmo em moléculas que não possuem momento de dipolopermanente (e.g., no gás nobre neônio ou no líquido orgânico benzeno) existe uma forçade atração (do contrário nem o benzeno ou neônio poderiam ser liquefeitos). A naturezadestas forças requer a mecânica quântica para sua correta descrição, mas foiprimeiramente reconhecida pelo físico polonês Fritz London, que relacionou-as com omovimento eletrônico nas moléculas. London sugeriu que, em um determinado instante,o centro de carga negativa dos elétrons e de carga positiva do núcleo atômico poderianão coincidir. Esta flutuação eletrônica poderia transformar as moléculas apolares, tal como obenzeno, em dipolos tempo-dependentes, mesmo que, após um certo intervalo detempo, a polarização média seja zero. Estes dipolos instantâneos não podem orientar-separa um alinhamento de suas moléculas, mas eles podem induzir a polarização dasmoléculas adjacentes, resultando em forças atrativas. Estas forças são conhecidas comoforças de dispersão (ou forças de London), e estão presentes em todas as moléculasapolares e, algumas vezes, mesmo entre moléculas polares.
  4. 4. Também conhecida como forças de dispersão, ocorre entre moléculas apolaresou entre átomos de gases nobres, quando por um motivo qualquer ocorre uma assimetriana nuvem eletrônica, gerando um dipolo que induz as demais moléculas ou átomos atambém formarem dipolos. São de intensidade muito fraca. Ex.: H2; N2; O2; CO2; BF3;CH4; He; Ne; etc.3 - PONTES DE HIDROGÊNIO. Algumas moléculas exibem um tipo especial de interação dipolo-dipolo. É ocaso da água. O que acontece é que os hidrogênios ligados ao oxigênio é que formam olado “positivo” do dipolo permanente desta molécula, enquanto que o oxigêniom muitomais eletronegativo, forma o lado “negativo”. O átomo de hidrogênio é formado por apenas um próton e um elétron. Como oelétron é fortemente atraído pelo oxigênio, na água, este próton encontra-sedesprotegido. A água possui, então, um dipolo bastante forte, com uma das cargas(positiva) bastante localizada. Este próton pode interagir com as regiões negativas (ooxigênio) de outras moléculas de água, resultando em uma forte rede de ligaçõesintermoleculares. Esta interação é chamada de ligação hidrogênio, e ocorre entre átomosde hidrogênio ligados a elementos como o oxigênio, flúor ou nitrogênio, com átomos deO, N ou F de outras moléculas. Esta interação é a mais intensa de todas as forçasintermoleculares.
  5. 5. Em resumo, são forças de natureza elétrica do tipo dipolo permanente - dipolopermanente, porém bem mais intensas. O corre quando a molécula é polar e possui Hligado a um elemento muito eletronegativo e de pequeno raio (F, O, N), de modo que ohidrogênio de uma molécula estabelece uma ligação com o átomo muito eletronegativode outra molécula. Ex.: H2O; HF; NH3; etc.III – Implicações das Forças Intermoleculares. As forças intermoleculares são responsáveis por várias propriedades físicas doscompostos, como ponto de fusão, ponto de ebulição, solubilidade (miscibilidade),tensão superficial, etc.1 – Solubilidade. A solubilidade está diretamente ligada a polaridade molecular, podendo serembasada na semelhança de polaridade entre as moléculas. Uma molécula polardissolve outra polar, uma molécula apolar dissolve outra molécula apolar, esse
  6. 6. fenômeno é conhecido como Regra da Semelhança. Ex.: água dissolve sal de cozinha(polar-polar), gasolina dissolve graxa (apolar-apolar). Os compostos orgânicos polares exibem, em geral, uma solubilidadesignificativa em água. O açúcar é um exemplo: é muito solúvel em água. Isto deve-se àcapacidade que as moléculas de água têm de interagir com as moléculas da sacarose. Asolubilização também é um fenômeno regido pelas interações intermoleculares: entre asmoléculas do soluto e as moléculas do solvente.2- Tensão superficial da água: Uma propriedade que faz com o líquido se comporte como se tivesse umamembrana elástica em sua superfície. Este fenômeno pode ser observado em quasetodos os líquidos, e é o responsável pela forma esférica de gotas ou bolhas do líquido. Arazão é que as moléculas de água interagem muito mais fortemente com suas vizinhasdo que com as moléculas do ar, na interface. As moléculas que estão no interior da gota,por exemplo, interagem com outras moléculas em todas as direções; as moléculas dasuperfície, por outro lado, interagem somentecom moléculas que estão nas suas laterais oulogo abaixo. Este desbalanço de forçasintermoleculares faz com que estas moléculas,da superfície, sejam atraídas para o interior dolíquido. Para se remover estas moléculas da superfície é necessário uma certaquantidade mínima de energia – a tensão superficial. Para a água, isto corresponde a0,07275 joules/m2, a 20oC. Líquidos orgânicos, como o benzeno ou o tolueno, temvalores menores de tensão superficial, já que suas interações intermoleculares são maisfracas.3 – Ponto de fusão e Ebulição. Basicamente dois fatores, massa molecular e forças intermoleculares,influenciam nessas propriedades físicas das substâncias moleculares. Tanto o ponto defusão como o ponto de ebulição tendem a crescer com o aumento da massa molecular edas forças intermoleculares.
  7. 7. Em algumas circunstâncias a força intermolecular sobrepuja a massa molecular,sendo que as comparações efetuadas nos diversos testes de vestibulares, associammoléculas de massa molecular semelhante. Para essa situação temos: As forças intermoleculares são tambémresponsáveis pelas diferenças nas temperaturas deebulição de vários isômeros constitucionais orgânicos,isto é, moléculas orgânicas que possuem a mesmafórmula molecular (e, por consequência, a mesmamassa molar) mas tem pontos de ebulição normaldiferentes. O ponto de ebulição de um líquido é definido como sendo a temperatura naqual a pressão de vapor exercida pelo líquido se iguala à pressão externa. A água, aonível do mar, tem uma pressão de vapor igual a 1,00 atm somente a 100 oC. É lógico seassumir que quanto mais forte for a atração entre as moléculas, isto é, quanto maiorforem as forças intermoleculares, maior também será a temperatura necessária para aebulição do líquido. Observe, como exemplo, os dois isômeros para a fórmula C5H12,o n-pentano e o neo-pentano, ilustrados na figura ao lado. Ambas as moléculas nãopossuem dipolo permanente – são apolares. Então, ambas interagem, entre si, via forçasde dispersão (london). Mas o que faz com que o n-pentano tenha uma temperaturade ebulição bem maior do que o neo-pentano? Observe que, à temperatura ambiente,o n-pentano é um líquido, enquanto que o outro isômero é um gás! Este caso ilustra uma propriedade das interações intermoleculares: quantomaior for a área de contato entre as moléculas, maior é a interação. No caso no
  8. 8. neo-pentano, a interação é dificultada devido ao impedimento espacial provocado pelogrupos -CH3. A polarização induzida ocorre mais intensamente no caso da cadeia linear. Uma outra propriedade pode ser observada se acompanharmos a temperatura de ebulição dos compostos ao lado. O éter dimetílico, embora possua a maior massa molar, é o que tem a menor Te (é um gás, à temperatura ambiente). Tanto o metanol como a água são líquidos, embora tenham massa molar menores. A água, a molécula mais leve da série, tem a maior temperatura de ebulição. Isto porque a água e o metanolinteragem via ligação hidrogênio – a mais forte das interações intermoleculares,enquanto que o éter interage via dipolo-dipolo – não possue hidrogênios ligados aooxigênio. A água possui dois hidrogênios ligados ao O – o que explica a sua maiortemperatura de ebulição, em relação ao metanol, que possui apenas um.4 – Estrutura tridimensional de proteínas e DNA. Todas as proteínas que compõe o nosso organismo são constituídas porsequências de amino-ácidos, ligados covalentemente. Estes compostos possuem grupos-OH e -NH capazes de formar uma forte rede de ligações intermoleculares. É isto queconfere a estrutura terciária das proteínas, isto é, a sua forma característica de orientação
  9. 9. espacial. Um outro exemlo é o DNA de todos os humanos: sua forma de dupla-hélice –é mantida graças às ligações hidrogênio entre os grupos dos -OH e -NH das basesnitrogenadas heterocíclicas que o compõeIMPORTANTE 1 - Os compostos iônicos são os compostos mais polares da natureza, portantoseus valores de ponto de fusão e ebulição são muito superiores aos dos compostosmoleculares. 2 - Na verdade as forças intermoleculares atuam em conjunto, e a interação entreas moléculas é dada pela soma dos diversos tipos de forças intermoleculares atuantes.Por exemplo, na amônia a principal força de interação molecular são as pontes dehidrogênio, embora também haja interações do tipo dipolo permanente. Pra moléculasque interagem por dipolo permanente existem também interações do tipo forças dedipolo induzido.

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