Forças Intermoleculares: Uma Comparação entre Gases, Líquidos e Sólidos, Notas de aula de Química

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UMA COMPARAÇÃO ENTRE

GASES, LÍQUIDOS E SÓLIDOS

BROWN, T.L. 2005

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UMA COMPARAÇÃO ENTRE

GASES, LÍQUIDOS E SÓLIDOS

BROWN, T.L. 2005

4 Fenômeno Energia (kJ/mol) Dissociação do HCl em átomos de H e Cl 431 Energia necessária para vaporizar 1 mol de HCl líquido (forças intermoleculares)

Tabela 01 – Energias envolvidas na quebra de ligações intramoleculares e intermoleculares no HCl. Uma das consequências das fracas forças intermoleculares no HCl líquido é o seu ponto de ebulição de – 85 o C. De forma similar, o ponto de fusão aumenta à medida que as forças intermoleculares ficam mais fortes.

5 Existem três tipos de forças atrativas entre moléculas neutras. Estas forças também são denominadas de forças de van der Waals:

• Forças dipolo-dipolo (permanente);
• Forças dipolo induzido-dipolo induzido, também denominadas de forças de dispersão de London;
• Forças dipolo-dipolo induzido;
• Ligação de hidrogênio (tipo especial de força dipolo-dipolo). Outro tipo de força atrativa, a força íon-dipolo, é importante em soluções.

7 Tabela 02 – Raio iônico e entalpia de hidratação de cátions do grupo IA. Cátion Raio do íon (pm) Entalpias de Hidratação (kJ/mol) Li + 78 - 515 Na + 98 - 405 K + 133 - 321 Rb + 149 - 296 Cs + 165 - 263 Adaptado de BROWN, T.L. 2005

8 Entalpia de hidratação. A energia gerada quando um íon é hidratado depende da carga do íon e da distância d entre o íon e a molécula polar de água. A distância aumenta à medida que o raio do íon também aumenta. Aumento da força de atração; entalpia de hidratação mais exotérmica

10 (a) Interação eletrostática entre duas moléculas polares; (b) Interação de muitos dipolos no estado condensado. BROWN, T.L. 2005

11 Substância Massa^ Molar (g/mol) Momento de dipolo  (D) Ponto de ebulição (K) Propano (CH 3

CH

2

CH

3

Éter dimetílico (CH 3

OCH

3

Cloreto de metila (CH 3 Cl)

Acetaldeído (CH 3

CHO)

Acetonitrila (CH 3

CN)

Tabela 03 - Massas moleculares, momentos de dipolo e pontos de ebulição de várias substâncias orgânicas comuns. Adaptado de BROWN, T.L. 2005

13 Forças dipolo-dipolo induzido

• Quando um íons ou uma molécula polar é aproximado de um átomo (ou de uma molécula apolar), a distribuição eletrônica do átomo (ou da molécula apolar) é distorcida pela força exercida pelo íon ou molécula polar, resultando em um tipo de dipolo. Esse dipolo é denominado dipolo induzido ;
• A interação atrativa entre um íon e o dipolo induzido chama-se interação íon-dipolo induzido ;
• A interação atrativa entre uma molécula polar e o dipolo induzido chama-se interação dipolo-dipolo induzido ;
• A facilidade com que a distribuição de cargas em uma molécula (ou átomo) pode ser distorcida por um campo elétrico externo é chamada polarizabilidade.

14 (a) Uma molécula polar, como a água, pode induzir um dipolo no oxigênio (O 2 ), apolar pela distorção da nuvem eletrônica da molécula. (b) O iôdo (I 2 ), apolar, dissolve-se em etanol (C 2 H 5 OH), polar. A força intermolecular envolvida é a força dipolo-dipolo induzido.

16 Duas representações esquemáticas de dipolos instantâneos em átomos de hélio adjacentes. (a) atração entre átomos neutros; (b) atração entre dipolos instantâneos. Forças de dispersão de London

• Um dipolo instantâneo pode induzir outro dipolo instantâneo em uma molécula (ou átomo) adjacente;
• As forças entre dipolos instantâneos são chamadas forças de dispersão de London. BROWN, T.L. 2005

17 Forças de dispersão de London Halogênio Massa Molar (g/mol) P.E. (K) Gás nobre Massa Molar (g/mol) P.E. (K) F 2 38,0 85,1 He 4,0 4, Cl 2 71,0 238,6 Ne 20,2 27, Br 2 159,8 332,0 Ar 39,9 87, I 2 253,8 457,6 Kr 83,8 120, Tabela 05 – Pontos de ebulição de halogênios e gases nobres. Adaptado de BROWN, T.L. 2005

19 (a) As moléculas de Br 2 e I 2 são apolares. Entretanto, Br 2 é líquido e o I 2 sólido. Ambas formam forças de dispersão de London, sendo a principal diferença entre elas, a massa molecular. (b) O I 2 , apolar, interage com a água através de forças dipolo-dipolo induzido. Quando CCl 4 é adicionado ao tubo de ensaio e agitado vigorosamente o I 2 dissolve-se preferen- cialmente em CCl 4 , apolar, através de forças de dispersão de London.

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Forças de dispersão de London

Quanto maior for a área de superfície disponível para contato, maiores são as forças de dispersão. As forças de dispersão de London entre moléculas esféricas são menores do que entre as moléculas com formato de linguiça. BROWN, T.L. 2005