Aula 4 ligações de hidrogênio e propriedades dos líquidos
1. Forças intermoleculares
Ligação de hidrogênio
Caso especial de forças dipolo-dipolo.
A partir de experimentos: os pontos de ebulição de compostos com
ligações H-F, H-O e H-N são anormalmente altos.
Forças intermoleculares são anormalmente fortes.
2. Forças intermoleculares
Ligação de hidrogênio
A ligação de H necessita do H ligado a um elemento eletronegativo
(mais importante para compostos de F, O e N).
– Os elétrons na H-X (X = elemento eletronegativo) encontram-se
muito mais próximos do X do que do H.
– O H tem apenas um elétron, dessa forma, na ligação H-X, o H
+ apresenta um próton quase descoberto.
– Conseqüentemente, as ligações de H são fortes.
5. Forças intermoleculares
Ligação de hidrogênio
As ligações de hidrogênio são responsáveis pela:
– Flutuação do gelo
Os sólidos são normalmente mais unidos do que os líquidos;
Portanto, os sólidos são mais densos do que os líquidos.
O gelo é ordenado com uma estrutura aberta para otimizar a
ligação H.
Conseqüentemente, o gelo é menos denso do que a água.
Na água, o comprimento da ligaçao H-O é 1,0 Å.
O comprimento da ligação de hidrogênio O…H é 1,8 Å.
O gelo tem águas ordenadas em um hexágono regular aberto.
Cada + H aponta no sentido de um par solitário no O.
8. Algumas propriedades
dos líquidos
Viscosidade
Viscosidade é a resistência de um líquido em fluir.
Um líquido flui através do deslizamento das moléculas sobre outras.
Quanto mais fortes são as forças intermoleculares, maior é a
viscosidade.
Tensão superficial
As moléculas volumosas (aquelas no líquido) são igualmente atraídas
pelas suas vizinhas.
10. Quais as diferenças fundamentais entre
fluido e sólido?
• Fluido é mole e
deformável
• Sólido é duro e
muito pouco
deformável
11. Passando para uma linguagem científica:
A diferença fundamental entre sólido e fluido
está relacionada com a estrutura molecular:
– Sólido: as moléculas sofrem forte força de
atração (estão muito próximas umas das
outras) e é isto que garante que o sólido tem
um formato próprio;
– Fluido: apresenta as moléculas com um certo
grau de liberdade de movimento (força de
atração pequena) e não apresentam um
formato próprio.
12. Fluidos:Líquidos e Gases
Líquidos:
- Assumem a forma dos
recipientes que os
contém;
- Apresentam um
volume próprio
(constante);
- Podem apresentar
uma superfície livre;
13. Fluidos:Líquidos e Gases
Gases e vapores:
-apresentam forças de
atração intermoleculares
desprezíveis;
-não apresentam nem
um formato próprio e
nem um volume próprio;
-ocupam todo o volume
do recipiente que os
contém.
14. Teoria Cinética Molecular
“Qualquer substância pode
apresentar-se sob qualquer dos
três estados físicos
fundamentais, dependendo das
condições ambientais em que se
encontrarem”
16. Fluidos
De uma maneira geral, o fluido é caracterizado
pela relativa mobilidade de suas moléculas que,
além de apresentarem os movimentos de
rotação e vibração, possuem movimento de
translação e portanto não apresentam uma
posição média fixa no corpo do fluido.
17. Fluidos x Sólidos
A principal distinção entre sólido e fluido, é pelo
comportamento que apresentam em face às
forças externas. Por exemplo, se uma força de
compressão fosse usada para distinguir
um sólido de um fluido,
este último seria inicialmente
comprimido, e a partir de um certo
ponto ele se comportaria
exatamente como se fosse um sólido,
isto é, seria incompressível.
18. Fatores importantes na
diferenciação entre sólido e fluido
O fluido não resiste a
esforços tangenciais
por menores que
estes sejam, o que
implica que se
deformam
continuamente.
F
19. Fatores importantes na
diferenciação entre sólido e fluido
Já os sólidos, ao
serem solicitados
por esforços,
podem resistir,
deformar-se e ou
até mesmo
cisalhar.
20. Fluidos x Sólidos
Os sólidos resistem às forças de cisalhamento até
o seu limite elástico ser alcançado (este valor é
denominado tensão crítica de cisalhamento), a
partir da qual experimentam uma deformação
irreversível, enquanto que os fluidos são
imediatamente deformados irreversivelmente,
mesmo para pequenos valores da tensão de
cisalhamento.
21. Fluidos: outra definição
Um fluido pode ser definido como uma
substância que muda continuamente de
forma enquanto existir uma tensão de
cisalhamento, ainda que seja pequena.
22. Propriedades dos fluidos
•Massa específica -
massa m
volume V
É a razão entre a massa do fluido
e o volume que contém essa
massa (pode ser denominada de
densidade absoluta)
23. Propriedades dos fluidos
•Massa específica -
Nos sistemas usuais:
Sistema SI............................Kg/m3
Sistema CGS.........................g/cm3
Sistema MKfS........................Kgf.m-
4.s2
24. Massas específicas de alguns fluidos
Fluido (Kg/m3)
Água destilada a 4 oC 1000
Água do mar a 15 oC 1022 a 1030
Ar atmosférico à pressão 1,29
atmosférica e 0 oC
Ar atmosférico à pressão 1,22
atmosférica e 15,6 oC
Mercúrio 13590 a 13650
Petróleo 880
25. Aditivos para lubrificantes
• Aumentadores do índice de viscosidade;
• Polímeros de elevado peso molecular, longas cadeias
moleculares e altas viscosidades;
• Quanto maior a temperatura, mais as moléculas do
aditivo se distendem, aumentando a sua viscosidade e,
dessa forma, compensando o afinamento do óleo
básico.
• Melhoram as características de temperatura x
viscosidade.
27. Determinação da Viscosidade Cinemática em
Combustíveis
VISCOSIDADE CINEMÁTICA = C x t
V = Viscosidade da
amostra (mm2s-1)
C = Constante do tubo
(mm2)
t= tempo de escoamento
entre o primeiro e
segundo detector (s)
28. Ponto de Fluidez
• Ponto de fluidez – é a menor temperatura na
qual o óleo ainda pode escoar nas condições
do teste.
• Está ligado à facilidade de iniciar a lubrificação
quando uma máquina fria é posta em
funcionamento. O óleo deve fluir livremente.
29. • O método para determinação do Ponto de Fluidez, consiste em resfriar
uma amostra num ritmo pré-determinado, observando-se a sua fluidez a
cada queda de temperatura de 3°C, até que virtualmente a superfície da
amostra permaneça imóvel (ponto de congelamento) por 5 segundos, ao
se colocar o tubo de ensaio com a amostra, na posição horizontal.
• A temperatura 3oC acima desta é o ponto de mínima fluidez.
• Por exemplo, se um óleo apresentar um ponto de congelamento de -20oC ,
seu ponto de mínima fluidez será de -17oC .
31. Algumas propriedades
dos líquidos
Tensão superficial
As moléculas da superfície são atraídas apenas para dentro no
sentido das moléculas volumosas.
– Conseqüentemente, as moléculas da superfície estão mais
densamente empacotadas do que as moléculas volumosas.
A tensão superficial é a energia necessária para aumentar a área
superficial de um líquido.
As forças de coesão ligam as moléculas entre si.
As forças de adesão ligam as moléculas a uma superfície.
32. Algumas propriedades
dos líquidos
Tensão superficial
Menisco é a forma da superfície do líquido.
– Se as forças de adesão são maiores do que as forças de coesão,
a superfície do líquido é atraída para o seu recipiente mais do
que as moléculas volumosas. Portanto, o menisco tem formato
de U (por exemplo, água em um copo).
– Se as forças de coesão são maiores do que as forças de adesão,
o menisco é curvo para baixo.
Ação capilar: Quando um tubo de vidro estreito é colocado em água,
o menisco puxa a água para o topo do tubo.
34. Mudanças de fase
As moléculas da superfície são atraídas apenas para dentro no
sentido das moléculas volumosas.
Sublimação: sólido gás.
Vaporização: líquido gás.
Derretimento ou fusão: sólido líquido.
Deposição: gás sólido.
Condensação: gás líquido.
Congelamento: líquido sólido.
36. Mudanças de fase
Variações de energia acompanhado
as mudanças de fase
Sublimação: Hsub > 0 (endotérmica).
Vaporização: Hvap > 0 (endotérmica).
Derretimento ou Fusão: Hfus > 0 (endotérmica).
Deposição: Hdep < 0 (exotérmica).
Condensação: Hcond < 0 (exotérmica).
Congelamento: Hcong < 0 (exotérmica).
37. Mudanças de fase
Variações de energia acompanhando
as mudanças de fase
Geralmente o calor de fusão (entalpia de fusão) é menor do que o
calor de vaporização :
– mais energia é gasta para separar completamente as moléculas
do que para separá-las parcialmente.
39. Mudanças de fase
Variações de energia acompanhando
as mudanças de fase
Todas as mudanças de fase são possíveis sob as condições corretas.
A sequência
aquecer sólido derreter aquecer líquido ferver aquecer
gás
é endotérmica.
A sequência
resfriar gás condensar resfriar líquido congelar resfriar
sólido
é exotérmica.
40. Mudanças de fase
Curvas de aquecimento
O gráfico de variação da temperatura versus calor fornecido é uma
curva de aquecimento.
Durante a mudança de fase, a adição de calor não provoca nenhuma
variação na temperatura.
– Esses pontos são usados para calcular o Hfus e o Hvap.
Super-resfriamento: ocorre quando um líquido é resfriado abaixo de
seu ponto de fusão e ele permanece como um líquido.
Atingido através da manutenção da temperatura baixa e do aumento
da energia cinética para a quebra das forças intermoleculares.
42. Mudanças de fase
Temperatura e pressão críticas
Os gases são liquefeitos sob o aumento da pressão a uma
temperatura.
Temperatura crítica: a temperatura mínima para liquefação de um
gás utilizando pressão.
Pressão crítica: a pressão necessária para a liquefação.
44. Pressão do vapor
Explicando a pressão de vapor
no nível molecular
Algumas das moléculas na superfície de um líquido têm energia
suficiente para escaparem da atração do líquido volumoso.
Essas moléculas se movimentam na fase gasosa.
À medida que aumenta o número de moléculas na fase gasosa,
algumas das moléculas atingem a superfície e retornam ao
líquido.
Após algum tempo, a pressão do gás será constante à pressão de
vapor.
46. Pressão do vapor
Explicando a pressão de vapor
no nível molecular
Equilíbrio termodinâmico: o ponto em que tantas moléculas
escapam da superfície quanto as que atingem.
A pressão de vapor é a pressão exercida quando o líquido e o vapor
estão em equilíbrio dinâmico.
Volatilidade, pressão de vapor e temperatura
Se o equilíbrio nunca é estabelecido, então o líquido evapora.
As substâncias voláteis evaporam rapidamente ( P.E)
47. Pressão do vapor
Volatilidade, pressão de
vapor e temperatura
Quanto mais alta for a temperatura, mais alta a energia cinética
média, mais rapidamente o líquido evaporará.
50. Pressão do vapor
Pressão de vapor e ponto de ebulição
Os líquidos entram em ebulição quando a pressão externa se iguala à
pressão de vapor.
A temperatura do ponto de ebulição aumenta à medida que a
pressão aumenta.
51. Pressão do vapor
Pressão de vapor e ponto de ebulição
Duas maneiras de levar um líquido à ebulição: aumentar a
temperatura ou diminuir a pressão.
– As panelas de pressão operam a alta pressão. A alta pressão o
ponto de ebulição da água é mais alto do que a 1 atm.
Conseqüentemente, há uma temperatura mais alta em que a
comida é cozida, reduzindo o tempo necessário de cozimento.
O ponto de ebulição normal é o ponto de ebulição a 760 mmHg (1
atm).
52. Efeito Tonoscópico
Consiste na diminuição da pressão de vapor do
solvente quando adiciona-se um soluto não-volátil !
Pressão de
vapor é aquela
exercida pelas
moléculas (de interface líquido/vapor
maior energia) do
solvente,
contra a
Pvapor
interface para
passar ao
estado de
vapor.
53. TONOSCOPIA
Com a adição de
Pvapor
partículas de soluto
(íons ou moléculas)
intensificam-se as
forças atrativas
moleculares e diminui
a pressão de vapor do
solvente.
Pvapor
soluto
54. Representação gráfica
A pressão de vapor
da solução é
menor do que a do
solvente puro.