Teoria Cinética MolecularTeoria Cinética Molecular Forças Intermoleculares Viscosidade e Tensão SuperficialViscosidade e Tensão Superficial Mudanças de

•Teoria Cinética Molecular

•Forças Intermoleculares

•Viscosidade e Tensão Superficial

•Mudanças de Estado

•Pressão de Vapor de Ponto de Ebulição

•Diagramas de Fases

•Estrutura dos Sólidos

•Ligações em Sólidos

UNIFEIUniversidade Federal de

Itajubá

Química Geral

Capítulo 11

Líquidos e Sólidos

Sidney Augusto de Castro 15784Filipe Coelho da Costa 15766










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Teoria Cinética Molecular

SÓLIDOS, LÍQUIDOS E GASES

GASES: Energia cinética maior do que a força de atração.Partículas com liberdade total de movimento. Sem volume e forma definidos.Muito compressíveis.

LÍQUIDOS: Forças de atração (intermoleculares) mais fortes que vibração.Possuem volume definido e forma não definida.Pouco compressíveis.

SÓLIDOS: Força de atração muito mais forte que vibração.Possuem volume e forma definidos.Teoricamente incompressíveis.










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Forças Intermoleculares

Tipos: íon-dipolo; dipolo-dipolo; forças de London; ligações de hidrogênio.

Chegam a ser 15% mais fracas que as interatômicas

São quebradas nas mudanças de estado.

São forças de natureza eletrostática.

Sua presença influi no ponto de fusão e ebulição das moléculas por elas regidas.










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FORÇA DE ATRAÇÃO ÍON-DIPOLO

Ocorre entre moléculas polares e íons.

Como os átomos possuem cargas opostas, a molécula adquire cargas parciais opostas em cada um dos lados.

Interage fortemente com íons, sendo importante em soluções.

Caso a força de ligação entre determinado composto iônico seja mais fraca que a interação íon-dipolo entre moléculas de solvente, o soluto será dissolvido.










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FORÇA DE ATRAÇÃO DIPOLO-DIPOLO

Ocorre entre moléculas polares. É mais fraca que a íon-dipolo.

Ocorre uma atração entre os lados com cargas contrárias de moléculas diferentes. Nos líquidos, como as moléculas estão mais livres, ora estão em posição atrativa, ora em repulsiva. Mas duas moléculas que se aproximam passam mais tempo juntas, resultando em uma maior atração.

O aumento da polaridade aumenta a atração. Moléculas com menor volume apresentam maior força.










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FORÇAS DE DISPERSÃO DE LONDON

Também é conhecida como dipolo induzido.Típica de moléculas apolares.

O aumento da pressão, diminuição da temperatura ou o próprio movimento dos elétrons provoca uma distribuição desigualdas cargas na eletrosfera, modificando a nuvem eletrônica. Essa modificação altera a nuvem de uma molécula próxima.

Tipo de ligação mais fraca, rápida, está sempre presente.Sofre influência da polarizabilidade e da forma espacial.

Fritz London (1900-1954)










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POLARIZABILIDADE

Propriedade intrínseca das moléculas.

Caracteriza-se pela facilidade de distorção da nuvem eletrônica.

Moléculas maiores (maior massa e raio) tendem a apresentar maior polarizabilidade.

Quanto maior a polarizabilidade, mais propensa está em modificar a nuvem eletrônica de outra molécula, apresentando maior força de London.

Quanto mais aberta for a fórmula molecular, maior a facilidade para aproximação entre moléculas, resultando em maior interação entre elas.










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LIGAÇÃO DE HIDROGÊNIO

Tipo de ligação dipolo-dipolo, porém mais forte. Ocorre entre moléculas polares que tenham um hidrogênio Ligado ao F, O ou N em sua estrutura. O hidrogênio de uma liga-se ao hidrogênio da outra.

O fato de o hidrogênio ser um átomo pequeno facilita a aproximação e interação com a outra molécula.

Sua força aumenta com a eletronegatividade do F, O e N.

Esse tipo de ligação tem importantes funções biológicas, tais como aumentar a estabilidade das proteínas.










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OBSERVAÇÕES

As moléculas de água, quando se solidificam, organizam-se em uma forma hexagonal. Isso aumenta seu volume interno e faz com que o gelo seja menos denso que a água líquida.

A ligação mais forte é a de hidrogênio, seguida pela íon-dipolo, dipolo-dipolo e força de London. Para moléculas de massas e formas moleculares iguais, as forças de dispersão são aproximadamente iguais e a diferença está na interação dipolo-dipolo.

Quando as moléculas diferem muito nas massas atômicas, as forças de London tem caráter decisivo.










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Viscosidade e Tensão Superficial

VISCOSIDADE

Caracteriza-se pela resistência para fluir.

Pode ser avaliada através da velocidade com que um líquido cai por um tubo fino ou o número de esferas de aço que escoam pelo líquido, ou seja, é a facilidade com que as moléculas movem-se.

A unidade de medida é poise (P),igual a 1 g/cm.s

Forças atrativas e massas moleculares maiores favorecem a viscosidade.

Está relacionada com as características estruturais. O aumento da temperatura diminui o efeito da propriedade.










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TENSÃO SUPERFICIAL

Energia necessária para aumentar a área superficial de um líquido. É medida em J/m².

A tensão superficial da água é causada pelas ligações de hidrogênio, enquanto a do mercúrio é causada pelas ligações metálicas .

As moléculas do interior do líquido sofrem forças intermoleculares em todas as direções, enquanto as da superfície são direcionadas para o interior.

Outro fator é o aumento da densidade, causado pela contração do volume da superfície.










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FORÇAS COESIVAS

FORÇAS COESIVAS: Forças moleculares que unem as moléculas entre si. São forças de caráter interno.

FORÇAS ADESIVAS: Forças de atração entre moléculas de um líquido e a superfície de um material. São forças de caráter externo.

Quando se formam meniscos em uma proveta, o que ocorre são interações entre a superfície do recipiente e as moléculas da substância. A água apresenta menisco côncavo: as forças de adesão são maiores.O mercúrio apresenta menisco convexo: as forças de coesão são mais significativas.










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Mudanças de Estado

VARIAÇÃO DE ENERGIA

Durante a mudança de fase, a energia fornecida para as moléculas não aumenta a energia cinética das mesmas, apenas quebra as ligações intermoleculares.

CALOR DE FUSÃO: Energia necessária para quebrar as ligações intermoleculares do sólido.

CALOR DE VAPORIZAÇÃO: Energia necessária para quebrar as ligações intermoleculares da água. Em geral, é maior que o calor de fusão.

CALOR DE SUBLIMAÇÃO: Energia necessária para quebrar todas as ligações de um sólido, transformando-o diretamente em gás. Resulta da soma dos outros calores.










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Mudanças de Estado


















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Pressão de Vapor e Ponto de Ebulição

PRESSÃO DE VAPOR:Pressão exercida pelo vapor quando o líquido e o vapor estão em equilíbrio.

Em um sistema fechado, coexistem líquido e vapor, sendo assim, moléculas da superfície líquida se desprendem e passam para o estado de vapor, ao mesmo tempo que moléculas de vapor voltam ao estado liquido.

Quando as transformações ocorrem à mesma velocidade, caracteriza-se o equilíbrio termodinâmico.

A pressão de vapor aumenta com o aumento da temperatura, e quanto maior for seu valor, mais volátil é o líquido.

Quando a pressão de vapor se iguala à atmosférica, o líquido entra em ebulição.










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Diagramas de Fases

Evidencia os estados de uma substância, associandotemperatura e pressão.

Um gás não pode ser liquefeito apenas com o aumento da pressão, se a temperatura estiver acima do ponto crítico.Ponto triplo: região do gráfico em que as três fases coexistem em equilíbrio.










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Diagramas de Fases

A água é uma substância anômala, já que o seu ponto de fusão diminui com o aumento da pressão.










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Estrutura dos Sólidos

Sólido cristalino: formado por átomos, íons ou moléculas em arranjos bem definidos. Sua superfície é plana e apresenta ângulos constantes.

Sólido amorfo: não apresenta estrutura regular. É formado por moléculas grandes e complexas. Quando aquecido até a fusão, apenas algumas ligações são quebradas, e as outras permanecem inalteradas. Quando a estrutura é resfriada, as ligações desfeitas não são refeitas como antes, formando um sólido viscoso.

As suas forças intermoleculares não são constantes, resultando em pontos de fusão variados.


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Células unitárias: São partes da estrutura molecular que se repetem. Apresentam uma distribuição espacial tridimensional. É a menor estrutura que se repete.

Redes cristalinas: É um emaranhado de células unitárias. Possui átomos nas suas extremidades. Podem ser descritas pelos tipos de células unitárias, sendo que as mais simples são as cúbicas, com ângulos de 90º entre as arestas.A esfera de um vértice não pertencea uma única célula. Uma célulaunitária possui apenas 1/8 deesfera na extremidade.










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Cúbica simples: átomos apenas nas extremidades.Cúbica de corpo centrado: átomos nas extremidades e um no centro do cubo.Cúbica de face centrada: átomos nas extremidades e nas faces.










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A esfera de um vértice não pertence a uma única célula. Umacélula unitária possui apenas 1/8 de esfera na extremidade.










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As esferas se organizam melhor quando se agrupam em formas hexagonais em um plano, pois ficam mais próximas umas das outras. Os diferentes tipos de sobreposição de planos modificam a estrutura da molécula.

O número de coordenação é a quantidade de partículas vizinhas. Quanto maior o número de coordenação, maior será o volume total ocupado. Quando a molécula possui átomos de tamanhos diferentes, as maiores formam a célula enquanto as menores entram no espaços vazios.










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Ligações em Sólidos

A classificação dos sólidos ocorre de acordo com o tipo de ligação. Quanto mais forte essa ligação, maior o ponto de fusão e a dureza.

Sólidos moleculares: átomos ou moléculas unidos por forças intermoleculares. Como esse tipo de ligação é fraca, o sólido possui baixo ponto de fusão.O agrupamento espacial também influencia o ponto de fusão, já que quanto mais simétricas, maiores são as interações e maior será o ponto de fusão.

Sólidos covalentes: Formado por ametais. Possuem estruturas unidas em cadeia com ligações covalentes mais fortes que as intermoleculares, o que forma um sólido mais denso, e com maior ponto de fusão.










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Sólidos iônicos: Formados por metal e ametal. Os íons são mantidos unidos por ligações iônicas. E as forças dessas ligações são proporcionais aos valores das cargas dos íons.Os pontos de fusão e de ebulição são maiores do que os das ligações moleculares e covalentes.

Ligações metálicas: formadas por átomos de metais que se organizam em um empacotamento denso, hexagonal e cúbico.Os elétrons de valência dos ligantes estão deslocalizados, circulando por todo o sólido. As forcas aumentam com o aumento das cargas. Apresentam o maior ponto de fusão e ebulição, quando comparados com os outros tipos de ligações.










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1985: Richard Smalley, Robert Curl e Harry Kroto descobriram outro alótropo do carbono: as buckybolas.

Buckybolas são formadas por 60 átomos de carbono, arranjadas em 12 faces pentagonais e 20 hexagonais.

Como são formadas por vários átomos individuais, sua solução forma muitos tipos de produtos.

Utilizado na nanotecnologia. Fulerenos: estruturas formadas por carbonos interligados entre si.2000: fulereno com 20 carbonos.

É o mais reativo de todos os descobertos até agora.

BUCKYBOLAS










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Difração: “espalhamento” da onda quando passa por uma fenda estreita, menor ou igual à ordem de grandeza que seu comprimento de onda.

Cristais sólidos possuem comprimento de 2-20 angstrons, igual ordem de grandeza do comprimento de onda dos raios X.

Cristografia de raio X: estudo das estrutura dos cristais através desse tipo de difração. O padrão de difração depende do cristal.

O estudo da intensidade da difração e o ângulo formado permitem identificar as estruturas que formam o cristal.

DIFRAÇÃO DE RAIOS X PELOS CRISTAIS










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Referências Bibliográficas

BROWN. QUÍMICA A CIÊNCIA CENTRAL.

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