Ligação de hidrogênio - feis.unesp.br · suficiente para escaparem da atração do líquido volumoso. ... • Sólido cristalino: arranjo definido e bem ordenado de moléculas,

Capítulo 10© 2005 by Pearson Education

Ligação de hidrogênio

ForForçças intermolecularesas intermoleculares






• 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 δ+ H aponta no sentido de um par solitário no O.








Viscosidade

• Viscosidade é a resistência de um líquido em fluir.

• Um líquido flui através do deslizamento das moléculas sobreoutras.

• Quanto mais fortes são as forças intermoleculares, maior é a viscosidade.

Tensão superficial

• As moléculas volumosas (aquelas no líquido) são igualmenteatraídas pelas suas vizinhas.

Algumas propriedadesAlgumas propriedadesdosdos llííquidosquidos


Viscosidade




Tensão superficial


Tensão superficial

• As moléculas da superfície são atraídas apenas para dentro no sentido das moléculas volumosas.

– Conseqüentemente, as moléculas da superfície estão maisdensamente empacotadas do que as moléculas volumosas.

• A tensão superficial é a energia necessária para aumentar a áreasuperficial de um líquido.

• As forças de coesão ligam as moléculas entre si.

• As forças de adesão ligam as moléculas a uma superfície.



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 formatode 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 emágua, o menisco puxa a água para o topo do tubo.



• 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.

MudanMudanççasas dede fasefase




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).



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 moléculasdo que para separá-las parcialmente.





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 → aquecergás

é endotérmica.• A sequência resfriar gás → condensar → resfriar líquido → congelar → resfriar

sólido

é exotérmica.



Curvas de aquecimento

• O gráfico de variação da temperatura versus calor fornecido é umacurva de aquecimento.

• Durante a mudança de fase, a adição de calor não provocanenhuma variação na temperatura.

– Esses pontos são usados para calcular o ∆Hfus e o ∆Hvap.

• Super-resfriamento: ocorre quando um líquido é resfriado abaixode 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 forçasintermoleculares.





Temperatura e pressão críticas

• Os gases são liquefeitos sob o aumento da pressão a umatemperatura.

• Temperatura crítica: a temperatura mínima para liquefação de um gás utilizando pressão.

• Pressão crítica: a pressão necessária para a liquefação.



Temperatura e pressão críticas



Explicando a pressão de vapor

no nível molecular

• Algumas das moléculas na superfície de um líquido têm energiasuficiente 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.

PressãoPressão dodo vaporvapor



no nível molecular




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 vaporestão em equilíbrio dinâmico.

Volatilidade, pressão de vapor e temperatura

• Se o equilíbrio nunca é estabelecido, então o líquido evapora.

• As substâncias voláteis evaporam rapidamente.



Volatilidade, pressão de

vapor e temperatura

• Quanto mais alta for a temperatura, mais alta a energia cinéticamédia, mais rapidamente o líquido evaporará.




Volatilidade, pressão de vapor e temperatura




Pressão de vapor e ponto de ebulição

• Os líquidos entram em ebulição quando a pressão externa se igualaà pressão de vapor.

• A temperatura do ponto de ebulição aumenta à medida que a pressão aumenta.



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).



• Diagrama de fases: gráfico da pressão versus temperaturaresumindo todos os equilíbrios entre as fases.

• Dada uma temperatura e uma pressão, os diagramas de fases nosdizem qual fase existirá.

• Qualquer combinação de temperatura e pressão que não esteja emuma curva representa uma fase única.

DiagramaDiagrama dede fasesfases


• Características de um diagrama de fases:

– Ponto triplo: temperatura e pressão nas quais todas as três fasesestão em equilíbrio.

– Curva de vapor-pressão: geralmente, à medida que a pressãoaumenta, a temperatura aumenta.

– Ponto crítico: temperatura e pressão críticas para o gás.

– Curva de ponto de fusão: à medida que a pressão aumenta, a fase sólida é favorecida, se o sólido é mais denso do que o líquido.

– Ponto de fusão normal: ponto de fusão a 1 atm.





Diagramas de fases de H2O e CO2




• Água:

– A curva do ponto de fusão inclina para a esquerda porque o gelo é menos denso do que a água.

– O ponto triplo ocorre a 0,0098°C e a 4,58 mmHg.

– O ponto de fusão (congelamento) é 0°C.

– O ponto de ebulição normal é 100°C.

– O ponto crítico é 374°C e 218 atm.




• Dióxido de carbono:

– O ponto triplo ocorre a -56,4°C e a 5,11 atm.

– O ponto de sublimação normal é -78,5°C. (A 1 atm, o CO2sublima, ele não funde.)

– O ponto crítico ocorre a 31,1°C e a 73 atm.



Células unitárias

• Sólido cristalino: arranjo definido e bem ordenado de moléculas, átomos ou íons.

• Os cristais têm uma estrutura ordenada, que se repete.

• A menor unidade que se repete em um cristal é uma célula unitária.

• A célula unitária é a menor unidade com toda a simetria de um cristal inteiro.

• Uma pilha tridimensional de células unitárias é a rede cristalina.

EstruturasEstruturas dosdos ssóólidoslidos



Célula unitária


Células unitárias• Três tipos comuns de células unitárias.

– Cúbica primitiva, átomos nas extremidades de um cubo simples,• cada átomo é compartilhado por oito células unitárias.

– Cúbica de corpo centrado (ccc), átomos nos vértices de um cubo maisum no centro do corpo do cubo.

• Os átomos das extremidades são compartilhados por oito célulasunitárias, e o átomo central está completamente incluso em umacélula unitária.

– Cúbica de face centrada (cfc), átomos nas extremidades de um cubomais um átomo no centro de cada face do cubo.

• os átomos das extremidades são compartilhados por oito célulasunitárias, e os átomos das faces são compartilhados por duas célulasunitárias.




Células unitárias


Células unitárias




Células unitárias


A estrutura cristalina do cloreto de sódio

• Duas maneiras equivalentes de definir a célula unitária:

– os íons de Cl- (maiores) estão nas extremidades da célula, ou

– os íons de Na+ (menores) estão nas extremidades da célula.

• A proporção cátion-ânion em uma célula unitária é a mesma para o cristal. No NaCl, cada célula unitária contém o mesmo número de íons de Na+ e de Cl-.

• Observe que a célula unitária para o CaCl2 precisa de duas vezesmais íons Cl- do que íons Ca2+.









Empacotamento denso de esferas

• Os sólidos têm forças intermoleculares máximas.

• As moléculas podem ser modeladas por esferas.

• Os átomos e íons são esferas.

• Os cristais moleculares são formados através de empacotamentodenso de moléculas.

• Racionalizamos a força intermolecular máxima em um cristalatravés do empacotamento denso de esferas.



Empacotamento denso de esferas

• Quando as esferas são empacotadas da maneira mais densapossível, há pequenos espaços entre as esferas adjacentes.

• Os espaços são denominados orifícios intersticiais.

• Um cristal é formado pela superposição de camadas de esferasdensamente empacotadas.

• Existe apenas uma posição para a segunda camada de esferas.


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