Capítulo 11: Forças intermolecularesSólidos e Líquidos

Luiz Paulo Leal 17105Marcos Leandro dos R. Dionísio 17059

Rafael Kioji Vivas Maeda 17122

Forças dipolo-dipolo

Nas moléculas de tamanho e massa aproximadamente iguais, as forças de atração intermoleculares aumentam com o aumento da polaridade.

Moléculas de polaridades comparáveis: as com menor volume molecular geralmente sofrem maiores forças atrativas.

Forças dipolo-dipolo

(-) (+ ) (-) (+ )

Forças de dispersão de London

Em 1930 Fritz London, um físico germano-americano identificou que um átomo ou molécula pode criar um momento de dipolo instantâneo.Ex.: coleção de átomos de hélio.

As forças de dispersão ocorrem entre todas as moléculas, não importa se elas são polares ou apolares.

Estima-se que as forças de dispersão sejam responsáveis por 80٪ da atração total entre as moléculas.

Forças de dispersão de London

A força de dispersão de London é uma interação atrativa que ocorre quando o dipolo temporário de um átomo pode induzir um dipolo similar em um átomo adjacente, fazendo com que os átomos sejam atraídos entre si. Pode ser chamada meramente de força de dispersão.

Tal força é significativa somente quando as moléculas estão próximas, como as dipolo-dipolo.

Polarizabilidade: facilidade com que a distribuição de cargas em uma molécula pode ser distorcida por um campo elétrico externo.

Ligação de Hidrogênio

Poder ser considerada uma atração dipolo-dipolo especial. Como F, O e N são bastante eletronegativos, uma ligação com hidrogênio e qualquer um desses elementos é bastante polar, com o hidrogênio no lado positivo.

Geralmente mais fortes que as forças dipolo-dipolo e de dispersão.

Quando a água congela, as moléculas assumem o arranjo aberto e ordenado. Esse arranjo otimiza as ligações de hidrogênio entre as moléculas, mas ele cria uma estrutura menos densa para o gelo, se comparada com a água. Já no estado líquido, cada molécula de água sofre variações contínuas de interação com suas vizinhas.

Ligação de hidrogênio

Ligação de hidrogênio entre moléculas de ácido fluorídrico.

Ligação de hidrogênio na amônia.

Comparando as forças intermoleculares

As forças de dispersão são encontradas em todas as substâncias. A intensidade dessas forças aumenta com o aumento da massa molecular e depende da forma molecular. As forças dipolo-dipolo adicionam-se ao efeito das forças de dispersão e são encontradas em moléculas polares. As ligações de hidrogênio, que necessitam de átomos de H ligados a F, O ou N também se adicionam aos efeitos das forças de dispersão. As ligações de hidrogênio tendem a ser o tipo mais forte de força intermolecular. Entretanto, nenhuma dessas forças intermoleculares é tão forte quanto as ligações covalentes e iônicas ordinárias.

Algumas propriedades dos líquidos

Algumas propriedades dos líquidos Viscosidade

A resistência de um líquido para fluir é chamada viscosidade.Quanto maior a viscosidade de um líquido, mais lentamente ele flui.Unidade: poise que equivale a 1g/cms (cP)Viscosidade aumenta com a massa molecular e diminui com o aumento da temperatura.

Algumas propriedades dos líquidos

Tensão superficialTensão superficial é a energia necessária para aumentar a área superficial de um líquido em quantidade unitária.

Ex: Inseto caminhando sobre a água.

Força coesiva X força adesivaForça coesiva: força intermolecular que une moléculas similares.Força adesiva: força intermolecular que une uma substância a uma superfície. Ex.: menisco no tubo de ensaio, quando se tem água ou mercúrio.

Algumas propriedades dos líquidos

Viscosidade e tensão superficial.

Mudanças de fases

Toda mudança de fases é acompanhada por uma variação na energia do sistema.

∆H fusão ∆H vaporização ∆H sublimação = ∆H vap + ∆H fus O super-resfriamento.

Mudanças de fases

A temperatura mais alta na qual uma fase líquida distinta pode se formar é chamada temperatura crítica.

A pressão crítica é a pressão necessária para produzir liquefação nessa temperatura crítica.

As temperaturas e pressões críticas são geralmente de considerável importância para certos profissionais que trabalham com gases, porque elas fornecem informações sobre quais os gases se liquefazem. Ex.: o gás oxigênio tem temperatura crítica de 154,4 K, enquanto a da amônia é 405,6 K.

Mudanças de fases

Mistura azeotrópica. Mistura eutética.

Pressão de vapor

Simplificando, pressão de vapor de um líquido é a pressão exercida por seu vapor quando os estados líquidos e de vapor estão em equilíbrio dinâmico.

Um líquido entra em ebulição quando sua pressão de vapor for igual à pressão externa agindo na superfície do líquido. Nesse ponto, bolhas de vapor são capazes de se formar no interior do líquido.

A temperatura de ebulição aumenta com o aumento da pressão externa.

É característica de um líquido a uma dada temperatura.

Pressão de vapor

Diagrama de fases

O diagrama de fases é um gráfico bidimensional com pressão e temperatura como eixos, que resume as condições de equilíbrio existentes entre os diferentes estados da matéria, além de permitir determinar a fase de uma substância estável em qualquer temperatura e pressão.

A única substância presente no sistema é aquela cujo diagrama de fase é examinado.

Diagrama de fases

Estrutura dos sólidos

Sólidos: cristalinos (quartzo, grafite) ou amorfos (vidro, borracha).

Célula unitária: menor unidade de repetição que retém todas as características de simetria do sólido.

Rede cristalina: rede tridimensional constituída pelo conjunto de células unitárias.

Pode-se imaginar a formação da estrutura cristalina como um todo arranjando os conteúdos da célula unitária repetidamente em uma rede cristalina.

Célula cúbica simples

Célula cúbica de corpo centrado

Célula cúbica de faces centradas

Estrutura cristalina do cloreto de sódio

Na+ Cl-

Obs.: Na+ está localizado nos interstícios octaédricos.

Empacotamento denso de esferas

Empacotamento denso de esferas: estrutura adotada pelos sólidos cristalinos que maximiza as forças atrativas entre as partículas.

Empacotamento denso hexagonal: ABAB. Empacotamento denso cúbico: ABCA, a célula

unitária é a cúbica de face centrada. Número de coordenação é o número de

partículas vizinhas mais próximas de certa partícula em uma estrutura cristalina.

Empacotamento denso de esferas

Ligações nos sólidos

Sólidos iônicos: NaCl, K2SO4, CaCl2, (NH4)3PO4 Íons positivos e negativos, não há moléculas

separadas Ligação iônica: atração entre íons positivos e

negativos Duro; quebradiço; alto ponto de fusão; baixa

condutividade elétrica no estado sólido; frequentemente solúvel em água

Sólidos metálicos: Ferro, prata, cobre, outros metais e ligas Íons metálicos positivos com elétrons

delocalizados Ligação metálica: atração entre íons metálicos e

elétrons Maleável, dúctil, boa condutividade elétrica nos

estados sólido e líquido, boa condutividade térmica

Ligações nos sólidos

Sólidos moleculares: H2, O2, I2, H2O, CO2, CH4

Constituído por moléculas Forças dipolo-dipolo, dispersão, ligações de

hidrogênio Pontos de ebulição e fusão de moderados a

baixos; macio; baixa condutividade térmica e elétrica.

Sólidos covalentes: Grafite, diamante, quartzo Ligações covalentes Grande variação no grau de dureza e no ponto

de fusão, baixa condutividade elétrica

Cristalografia

Técnica conhecida como cristalografia de raio-X, na qual um feixe de raios-X é difratado por um cristal. O padrão de difração pode ser gravado como pontos onde os raios-X chocam-se com um detector, que grava as posições e as intensidades dos pontos.

Hoje a cristalografia de raios-X é usada extensivamente para determinar as estruturas de moléculas em cristais.

Ex.: molécula cristalina de DNA, a forma de dupla hélice foi deduzida a partir de tal técnica.

A difração de raios-X também provocou surpresa ao demonstrar a estrutura amorfa do vidro, onde este na realidade é um líquido super-resfriado com viscosidade tendendo ao infinito.

Cristalografia

Raios-X incidindo em um sólido cristalino e fazendo a projeção.

Referências bibliográficas

Brown, Lemay, Bursten: QUÍMICA a ciência central, nona edição.

http://www.prenhall.com/brown_br http://www.chemkeys.com/bra/md/mds_11/ecfs_6/ex

tras/ex_flu_sup-vf.pdf http://www.qmc.ufsc.br/qmcweb/artigos/agua.html http://www.comciencia.br/reportagens/fisica/fisica12

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