Solidos e liquidos, Trabalhos de Química Industrial

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Química Inorgânica

Fortaleza, 07 de Junho de 2010.

Química Inorgânica

Professor: Augusto Rebouças

Curso: Processos Químicos

Alunos: Aline Maria Herculano Rocha

Ana Carine da Silva Monte

Luanna Loyola Lima

Fortaleza, 07 de Junho de 2010.

• Introdução ------------------------------------------------------------------------------------ Sumário:
• Sólidos, Líquidos e Forças Intermoleculáres --------------------------------------------
• Fases da Matéria -----------------------------------------------------------------------------
• Momento Dipolar ----------------------------------------------------------------------------
• Interações dos Íons e Moléculas com Momento Dipolar -------------------------------
• Interações entre Moléculas e Momento Dipolar Permanente --------------------------
• Ligação de Hidrogênio ----------------------------------------------------------------------
• Água ------------------------------------------------------------------------------------------
• Forças de Dispersão -------------------------------------------------------------------------
• Interação entre Moléculas Polares e não-Polares ---------------------------------------
• Interação entre Moléculas não Polares ---------------------------------------------------
• Capilaridade ----------------------------------------------------------------------------------
• Onde Atuam as Forças Intermoleculares -------------------------------------------------
• Transformações dos Líquidos --------------------------------------------------------------
• O Estado Líquido da Matéria --------------------------------------------------------------
• Bibliografia ----------------------------------------------------------------------------------

No estado sólido considera-se que a matéria do corpo mantém a forma macroscópica e a posição relativa de sua partícula. É particularmente estudado nas áreas da está�ca e da dinâmica.

No estado líquido , o corpo mantém a quantidade de matéria e aproximadamente o volume; a forma e posição relativa da partículas não se mantém. É particularmente estudado nas áreas da hidrostá�ca e da hidrodinâmica.

No estado gasoso , o corpo mantém apenas a quantidade de matéria, podendo variar amplamente a forma e o volume. É particularmente estudado nas áreas da aerostá�ca e da aerodinâmica. O condensado de bose-einstein possui características, de ambos, estado sólido e estado líquido, como supercondutividade e super-fluidez, porém, é encontrado em temperaturas extremamente baixas (próximas ao zero absoluto ), o que faz com que suas moléculas entrem em colapso. É particularmente estudado na área da mecânica quân�ca.

O condensado fermiônico também possui caracteristicas de ambos. O Superfluido de Polaritons é um estado novo.

Como a cada uma destas fases de uma substância corresponde determinado tipo de estrutura corpuscular, há vários tipos de mudanças de estruturas dos corpos quando muda a fase, ou de estado de aglomeração, da substância que são feitos. A mudança de fases ocorre conforme o diagrama de fases da substância. Mudando a pressão ou a temperatura do ambiente onde um objeto se encontra, esse objeto pode sofrer mudança de fase.

• Fusão - mudança do estado sólido para o líquido.Existem dois tipos de fusão:
• Gela�nosa - derrete todo por igual; por exemplo o plástico.
• Cristalina - derrete de fora para dentro; por exemplo o gelo.
• Vaporização - mudança do estado líquido para o gasoso. Existem três tipos de vaporização:
• Evaporação - as moléculas da superfície do líquido tornam-se gás em qualquer temperatura.
• (^) Ebulição - o líquido está na temperatura de ebulição e fica borbulhando, recebendo calor e tornando-se gás.
• Calefação - o líquido recebe uma grande quantidade de calor em período curto e se torna gás rapidamente.

• Condensação - mudança de estado gasoso para líquido (inverso da Vaporização).
• Solidificação - mudança de estado líquido para o estado sólido (inverso da Fusão).
• Sublimação - um corpo pode ainda passar diretamente do estado sólido para o gasoso.
• Re-sublimação - mudança direta do estado gasoso para o sólido (inverso da Sublimação).
• Ionização - mudança de estado gasoso para o estado plasma.
• Desionização - mudança de estado plasma para estado gasoso (inverso de Ionização).

• A distância entre o íon e o dipolo, quanto mais próximo maior a atração
• A carga do íon, quanto maior a carga do íon maior será a atração
• A magnitude do dipolo permanente, quanto maior o momento dipolar maior a atração.

Exemplo: A água é uma molécula polar. Então se a molécula de água encontra um íon haverá uma força de atração.Quando cargas positivas e negativas são atraídas, energia é liberada na formação do produto da ligação iônica.

Quando cargas positivas e negativas são atraídas, energia é liberada na formação

do produto da ligação iônica. Íons metálicos ligados a moléculas de água são ditos hidratados. A energia para este processo é chamada de calor ou entalpia de hidratação. Para o caso de um solvente genérico, temos a entalpia de solvatação. No caso da interação íon-dipolo a energia depende da distância e da carga do íon, variando com 1/ d2.

Íons metálicos ligados a moléculas de água são ditos hidratados. A energia para este processo é chamada de calor ou entalpia de hidratação. Para o caso de um solvente genérico, temos a entalpia de solvatação. No caso da interação íon-dipolo a energia depende da distância e da carga do íon, variando com 1/d2.

• tamanho da carga iônica.

6. Interações entre moléculas de momento dipolar permanente:

Quando moléculas polares encontram outras moléculas polares, pode ocorrer interação, o lado positivo atrai o negativo e vice-versa. Em geral, energia é liberada nesta interação. Íon sódio envolvido por moléculas de água, devido a interação íon-dipolo.

os dipolares próximos. Entretanto, os seus pontos de fusão e ebulição são bastante diferentes.

Esta variedade de temperaturas de fusão e ebulição pode ser entendida da seguinte forma. Quando líquidos entram em ebulição, forças intermoleculares têm que ser condensação do HCl, uma molécula polar, com o abaixamento da temperatura (-85ºC) as interações dipolo-dipolo superam as forças repulsivas rompidas para que as moléculas se separem. Portanto, podemos concluir do fato de que as temperaturas de fusão e ebulição são maiores no etanol do que no éter, significa que as forças intermoleculares no etanol são maiores que no dimetil éter. O etanol tem ligações O-H portanto podemos encontras ligações de hidrogênio em etanol.

Se extrapolarmos a linha que passa por H (^) 2S, H2Se e H (^) 2Te, o ponto de ebulição da água seria de –90ºC, ou seja 200ºC abaixo do valor.

8. Água:

As densidades da água líquida e sólida são diferentes, assim como em outras substâncias. Entretanto a densidade da água varia com a temperatura de uma maneira diferente das outras substâncias. Quando a água funde a 0ºC ocorre um aumento da densidade, e a densidade do líquido aumenta ainda mais até chegar a 4ºC onde atinge o máximo. Aumentando ainda mais a temperatura a densidade irá cair, com a ruptura das ligações de hidrogênio.

Nos lagos, quando se aproxima o inverno, a água resfria, a densidade aumenta a água gelada vai para baixo e a água quente para cima. Ao atingir 4ºC, a densidade máxima é atingida. Abaixando ainda mais a temperatura, como a água mais gelada que 4ºC, é menos densa que a água a 4ºC, a água mais gelada permanece no topo. Com mais perda de calor o gelo se forma na superfície, flutuando protegendo a água mais inferior de ser congelada.

As ligações de hidrogênio são responsáveis da alta capacidade térmica da água, e em parte essa é a razão dos lagos e oceanos terem um enorme efeito no clima.

9. Forças de Dispersão:

São as forças intermoleculares mais comuns encontradas em todas as substâncias moleculares, tais forças são de natureza eletrostática (cargas), envolvendo dipolos 0 0 induzidos. Um exemplo é o iodo, I1 F (^) 2, o qual é não polar e, no entanto se solidifica em condições normais, além de ser solúvel na água.

10. Interação entre moléculas polares e não polares:

Dipolo permanente – dipolo induzido

Dipolo/dipolo induzido.

O processo de induzir um dipolo é chamado de polarização. O grau em que a nuvem eletrônica de uma espécie pode ser distorcida e o dipolo induzido é chamado de polarizabilidade.

O

movi ment o dos elétro ns perm ite que, em deter mina do mom ento, molé culas apola res consi gam induz ir um dipol o em sua molécula vizinha e esta, uma vez polarizada, dê seqüência ao efeito. Essas forças foram percebidas pelo físico polonês Fritz London, que sugeriu que moléculas apolares poderiam se tornar dipolos temporários. Essas forças ficaram conhecidas como forças de dispersão ou forças de London.

Conhecida como interação dipolo x dipolo induzido, ocorrem porque moléculas polares (dipolos permanentes) conseguem distorcer a distribuição de carga em outras moléculas vizinhas, através de polarização induzida. Uma interação desse tipo é uma interação fraca.

O vidro se forma pelo supercongelamento de um líquido.

Ebulição: ocorre quando um líquido é aquecido a uma temperatura elevada e a tendência que as moléculas possuem de escapamento torna-se tão grande que ocorre a ebulição. Como podemos identificar que um líquido está entrando em ebulição? Quando ocorrer a formação de bolhas de vapor (gás) no líquido.

A temperatura na qual a pressão de vapor do líquido torna-se igual à pressão externa é o que chamamos de ponto de ebulição. A temperatura de ebulição da água, por exemplo, é de aproximadamente 100°C, nesse ponto a pressão de vapor da água é igual à pressão atmosférica (pressão padrão). Dizemos então que o ponto de ebulição (P.E) da água é de 100°C.

Congelamento: se diminuirmos a temperatura de um líquido até o ponto de sua energia ser removida, o que possibilita a redução da energia cinética das partículas, ele vai se congelar devido ao decrescimento da temperatura até o ponto de congelamento.

Vidros: quando a temperatura ultrapassa o ponto de congelamento antes que a solidificação tenha início, ocorre um supercongelamento e a cristalização do líquido, ou seja, quando supercongelamos líquidos eles se transformam em vidros. Esse fenômeno ocorre por resfriamento brusco a temperaturas muito abaixo do ponto de congelamento. Quando um líquido chega a esse ponto, sua viscosidade torna-se muito alta e ele se torna semelhante a um sólido, com maior dureza, rigidez e forma constante, que são características dos sólidos.

Evaporação: onde os líquidos apresentam uma tendência enorme de se evaporar, ou seja, de se transformarem em gases. Essa transformação ocorre quando as moléculas na superfície são forçadas a sair e deixar o líquido, isso porque certa fração adquire energia para vencer as forças intermoleculares e escapar. A perda dessas moléculas que se movimentam mais rapidamente é o que chamamos de evaporação, que é um processo lento.

15. O Estado Líquido da Matéria:

As moléculas que formam as substâncias se atraem reciprocamente sob a ação de forças de intensidade variável. Em certas condições físicas, tais forças impedem o livre deslocamento das moléculas e o corpo por elas constituído atinge o estado sólido. Se, no entanto, o deslocamento ocorre, a matéria atinge um estado de transição entre o sólido e o gasoso chamado líquido, que é o padrão intermediário entre os estados de agregação da matéria.

Líquido é um fluido que sofre a ação de forças de coesão pouco intensas e se adapta ao recipiente que o contém, embora não possa expandir-se indefinidamente. Em condições normais, o sólido transforma-se em líquido quando absorve calor até atingir o ponto de fusão. A densidade do líquido é em geral pouco menor que a do sólido e a fusão se dá normalmente com aumento de volume. Existem, no entanto, substâncias como o gelo e alguns compostos de gálio, germânio, silício e bismuto que se contraem no processo de fusão.

Interpretação física e química - Nos gases, a energia potencial - capacidade de realizar um trabalho mecânico em decorrência da posição e massa de um corpo - é desprezível por estarem as moléculas distribuídas ao acaso, enquanto os sólidos têm energia potencial porque seus átomos formam uma rede tridimensional ordenada. Os líquidos não apresentam a regularidade dos sólidos nem a desordem molecular dos gases, mas suas moléculas sofrem forças de atração e repulsão de moderada intensidade. Graças à energia cinética (energia produzida pelo movimento), cada uma de suas moléculas se movimenta de maneira relativamente independente das outras. Assim, os líquidos tomam a forma do recipiente que os contém, embora, em virtude da tensão superficial, tendam à esfericidade e formem gotas quando seu volume é muito reduzido.

A relação entre sólidos e líquidos foi descoberta no século III a.C. por Arquimedes. Constatando, ao tomar banho, que se sentia mais leve dentro d'água, ele formulou o conceito de empuxo, isto é, força vertical de baixo para cima que o líquido exerce sobre o corpo nele imerso. A intensidade dessa força equivale ao peso do fluido deslocado. O empuxo se expressa segundo a fórmula:

E = do Vg.g

Em que do é a densidade do líquido, Vg o volume imerso do corpo e g, a aceleração da gravidade.

Diz-se que um líquido molha a parede de um recipiente que o contém quando sua superfície forma com ela um ângulo inferior a noventa graus e fica mais alto junto à parede do que no centro da superfície livre. Num recipiente molhado pelo líquido, este sobe espontaneamente na parede porque as forças que agem entre as moléculas do líquido e as da parede são superiores às forças intermoleculares do líquido. Os líquidos que não molham formam com a parede um ângulo de contato maior que noventa graus, razão pela qual ficam em nível mais baixo junto da parede do que no centro da superfície livre. Nesse caso, as forças de atração entre as moléculas são maiores que as existentes entre o líquido e a parede.

Teoria do estado líquido - As teorias relativas aos líquidos baseiam-se em dois modelos fundamentais: o que representa um líquido como se fosse um gás denso, o que permite calcular suas propriedades termodinâmicas e mecânicas por meio da interação molecular; e o que considera o estado líquido próximo de um estado cristalino estruturalmente desordenado. Nesse caso, a mínima ordem molecular dos líquidos é considerada como análoga à dos cristais, mas isto só tem validade para as pequenas distâncias intermoleculares.

As forças que mantêm a coesão dos líquidos pertencem a seis categorias: as forças de Van der Waals, débeis e de curto alcance, características de sistemas eletricamente neutros, como os gases nobres; a interação quadrupolar, que ocorre na presença de um quadrupolo, reunião de dois dipolos ou quatro cargas, de modo que seus efeitos tenderiam a se cancelar mutuamente mas não o fazem exatamente, como ocorre

Os físicos chamam ao estudo dos sólidos �sica do estado sólido. Este ramo inclui o estudo de semicondutores e de supercondu�vidade. A �sica do estado sólido é um tipo de �sica da matéria condensada.

A ciência dos materiais preocupa-se primariamente com propriedades dos sólidos tais como a força e transformações de fase. É largamente coincidente com a física do estado sólido.

A química do estado sólido cobre em parte ambos estes campos, mas preocupa-se principalmente com a síntese de novos materiais.

Dentro do estado sólido existem seis tipos de sólido:

• Fragilidade : O sólido frágil rompe-se com facilidade sem antes deforma-se. Exemplo: A grafite é um material frágil.
• Dureza : O sólido duro apresenta resistência a ter sua superfície riscada. Exemplo: As pedras preciosas são materiais de grande dureza.
• Resistência : O sólido resistente é capaz de suportar a ação de forças intensas sem romper-se.

Exemplo: O ferro e outros metais são materiais resistentes a esforços externos.

• Elasticidade : O sólido elástico deforma-se e recupera a forma original quando a força que produziu a deformação é retirada.

Exemplo: A borracha é um material elástico.

• Flexibilidade : O sólido flexível dobra-se sem romper-se.

Exemplo: Algodão, lã, náilon e outras fibras têxteis são materiais flexíveis.

• Ductilidade : O sólido dúctil estende-se com facilidade, formando fios.

Exemplo: O ouro é bastante dúctil. Com 1 grama desse material é possível fazer um fio de 2Km.

O estado líquido é um estado da matéria no qual a distância entre suas moléculas é suficiente para se adequar a qualquer meio (tomando sua forma), porém sem alterar o volume.

Um líquido é uma das quatro principais fases da matéria. E dito um fluido aquilo cuja a forma é usualmente determinada por aquilo que o contem. As par�culas do líquido (normalmente moléculas ou conjunto de moléculas) estão livres para se mover por todo o volume do líquido, mas sua atração mútua limita a capacidade destas partículas abandonarem o volume. O volume de uma quantidade de um liquido é determinado pela sua pressão e temperatura. Se este volume difere ligeiramente do volume do recipiente que o contem, uma superfície é observada. A superfície do liquido se comporta como uma membrana elástica, na qual a tensão superficial se manifesta.

Devido a este efeito, o liquido forma gotas e bolhas. A Capilaridade é outra consequência da tensão superficial.

O Líquido exerce pressão nos lados de um recipiente como também em qualquer coisa nela imersa. Esta pressão é transmitida em todas as direções e aumenta com a profundidade.

Se um líquido está submetido a um campo gravitacional uniforme. A pressão a um dado ponto é dada por :

onde:

• = a densidade do líquido (assumida constante)
• = gravidade
• = a distância do ponto em relação a superfície.

Note que esta formula assume que a pressão na superfície livre do líquido é zero, e que os efeitos da tensão superficial podem ser negligenciados.

Líquidos geralmente expandem quando são aquecidos, e contraem quando esfriados. Objetos imersos em líquidos são submetidos para o fenômeno do empuxo.

Líquidos ao seu respectivo ponto de ebulição converte-se para gás , e ao seu ponto de congelamento, transforma-se em sólido. Mesmo abaixo do ponto de ebulição o líquido evapora na superfície. Um líquido irá evaporar até que a concentração de vapor que o cerca alcançar uma pressão parcial de equilíbrio. Portanto nenhum líquido pode existir permanentemente no vácuo.

Via des�lação fracionada , os componentes líquidos de uma mistura podem ser separados, utilizando-se do fato de possuírem pontos de ebulição distintos.

Vidro a temperatura normal pode ser considerado um "líquido super-resfriado " ou um sólido, dependendo do ponto de vista.

Um líquido assume a forma daquilo que o contém.

16. Bibliografia:

h�p://www.mundoves�bular.com.br/ar�cles/3266/1/AS-FORCAS-DE-INTERACAO-ENTRE-AS- MOLECULAS/Paacutegina1.html

h�p://docs.google.com/viewer?a=v&q=cache:jZrgng58E4QJ:e-groups.unb.br/iq/lqc/Joao/iqs/ solidos.pdf+solidos+e+liquidos&hl=pt-BR&gl=br&pid=bl&srcid=ADGEESiTLBI- Ta8BV9gxJaj1zeK4GM3zmuoXuEGQrbDwzb0YSuV4hfOxdRr39690XseX7IsAzjWPONQ- M5A45wEF8ocjxw3NAKyBKG3FhPLW-1y94HlBeC7Q33TNsXhtCZizyZ211j7S&sig=AHIEtbSLjcP8U NX4yKrA9Mb-S3cpgDa1LA

h�p://pt.wikipedia.org/wiki/Estados_f%C3%ADsicos_da_mat%C3%A9ria