quarta-feira, 22 de maio de 2013

Forças intermoleculares - Parte 1

FORÇAS INTERMOLECULARES

Qual o motivo das três substâncias a seguir possuírem Ponto de Ebulição tão diferentes?
N2= -196°C
CH4= -164°C
H2O= +100°C
Seria a massa de suas moléculas?
Seria a geometria molecular?
O gelo é menos denso que a H2O, mas o que há na estrutura do gelo que o torna menos denso?
Afinal, o esperado é que a estrutura sólida fosse mais densa.
Essas perguntas serão respondidas a seguir.

LIGAÇÃO COVALENTE APOLAR
Ocorre quando o par de elétrons da ligação é compartilhado igualmente, ou seja, os dois tem a mesma eletronegatividade.
Ex.: H2, N2, O2

H•    H•
Então podemos concluir que ligação covalente apolar ocorre entre átomos de mesma eletronegatividade, ou com diferença muito pequena de eletronegatividade.

LIGAÇÃO COVALENTE POLAR
Ocorre quando o par de elétrons não é atraído igualmente pelos dois átomos, ou seja, o mais eletronegativo traz o par de elétrons da ligação mais para o seu lado. Essas cargas são representadas pela letra delta.
Ex.: HCl

H•   Cl•

OBSERVAÇÃO: Quanto maior for a diferença de eletronegatividade, maior será a polarização da ligação.
Então podemos concluir que ligação covalente polar ocorre entre átomos de eletronegatividades diferentes.

MOLÉCULAS COM VÁRIAS LIGAÇÕES POLARES
Molécula com dipolo elétrico – Possuem a capacidade de orientar-se em um campo elétrico. O dipolo elétrico também permite que a molécula seja capaz de atrair moléculas polares vizinhas.


POLARIDADE EM MOLÉCULAS
Uma ligação polarizada pode ser representada por um vetor μ, uma vez que uma grandeza vetorial precisa ter modulo, direção e sentido. No caso da ligação polarizada, o módulo esta relacionado a carga elétrica do dipolo. A direção é a reta que passa pelos pontos que representam os núcleos dos átomos ligados; o sentido pode ser convencionado, por exemplo do átomo mais eletronegativo para o menos eletronegativo.
Se μ = 0 – Molécula e apolar
Se μ ≠ 0 – Molécula e polar
Nas moléculas com mais de 2 átomos a polaridade e decidida pela soma dos vetores de polarização.



FORÇAS DE VAN DER WAALS

Surgem das interações de moléculas polares e também das moléculas apolares. Quando duas ou mais moléculas se aproximam, surgem forças de atração entre elas. Essas forças tem origem na presença de dipolos permanentes ou temporários nas moléculas. A intensidade das forças de Van der Waals depende de dois fatores:


MOLÉCULAS POLARES
São portadoras de dipolos permanentes, se atraem orientando devidamente seus dipolos.

Essas interações são do tipo:
Dipolo permanente – dipolo permanente
As forças intermoleculares interferem diretamente nos PE das substâncias.
Ex.: HF = + 20°C HCl = -85°C
Quando um líquido entra em ebulição rompem-se as interações intermoleculares e não as ligações covalentes.

MOLÉCULAS APOLARES

Atraem-se por meio de dipolos temporários ou induzidos. Esses dipolos também são chamados de forças de London, surgem quando duas moléculas apolares se aproximam o suficiente para que ocorra uma deformação na eletrosfera da molécula, ocasionando o aparecimento de dipolos temporários. Para que tenham uma intensidade razoável, e necessário que as moléculas estejam muito próximas. Quanto maior o número de elétrons na molécula apolar, maior sua possibilidade de ser polarizada temporariamente. Este fato também reflete na TE das substâncias.


As Forcas de London existem em quaisquer tipos de moléculas, mas entre as moléculas apolares esse é o único tipo de interação existente. Nas moléculas polares, essas forças apenas se adicionam as interações, mais fortes, já existentes.


Substância
Fórmula
Polaridade
No de elétrons
PE
Gás Hidrogênio
H2


-253
Gás Oxigênio
O2


-183
Etano
C2H6


-89
Tetracloreto de carbono
CCl4


+77


LIGAÇÕES DE HIDROGÊNIO

Substância
Fórmula
Número de elétrons
PE oC
Óxido de Hidrogênio
H2O
              10
    ?
Sulfeto de Hidrogênio
H2S
              18
  -61
Seleneto de Hidrogeno
H2Se
              36
  -42
Telureto de Hidrogênio
H2Te
              54
   -2

Para compreender o fato, é necessário observar a diferença de polaridade das moléculas. Nas 03 últimas substâncias a diferença de eletronegatividade entre o H e os calcogênios é pequena, ou seja, as ligações são pouco polarizadas. Porém a ligação H-O é fortemente polarizada. Assim as moléculas de água se atraem formando “redes”, o que deu origem a expressão ligações de hidrogênio (antes denominadas pontes de hidrogênio).

Sempre que o átomo de hidrogênio estiver diretamente ligado a um átomo muito eletronegativo (F, O, N) poderá aparecer ligações de hidrogênio.

Fórmula
Número de elétrons
PE oC
HF
               10
+20
HCl
               18
-85
HBr
               36
-67
HI
               54
-35


ESTUDANDO OS PONTOS DE EBULIÇÃO


Que apresentem a mesma força intermolecular
O PE mais elevado será o da que apresentar maior número de elétrons por molécula.
Comparando duas substâncias moleculares



Que tenha aproximadamente o mesmo número de elétrons por molécula
O PE mais elevado será o da que apresentar a força intermolecular mais intensa.


SOLUBILIDADE
O tipo de ligação química, além de definir as temperaturas de fusão e ebulição das substâncias, também influi em outras propriedades. Uma delas é a solubilidade de uma substância em outra.
Ex.: Álcool etílico se dissolve na água e também na gasolina.
Embora haja exceções, com base nessas observações estabelecemos como regra geral:
Semelhante dissolve semelhante.
Isto significa que íons e moléculas polares tendem a se juntar, assim como as moléculas apolares entre si.

CONCLUSÕES
  • Uma interação dipolo permanente – dipolo permanente, por exemplo, tem em média apenas 1% da intensidade de um ligação covalente.
  • No entanto, é das forças intermoleculares que dependem propriedades como PF, PE densidade.
  • A intensidade dessas forças depende de dois fatores principais:
  • A polaridade da molécula – quanto mais polarizada a molécula, maior a força intermolecular e, consequentemente, maior o PE;
  • O número de elétrons da molécula – quanto mais elétrons tiver a molécula, mais facilmente deformável ela será e mais intensas serão suas interações com as moléculas vizinhas.
  • Moléculas polares e apolares associam-se por meio das forças de Van der Waals.
  • Em alguns casos, a temperatura de ebulição contraria as previsões. Isso ocorre nas moléculas em que átomos de hidrogênio estão diretamente ligados a átomos muito eletronegativos de flúor, oxigênio e de nitrogênio. Essas ligações de hidrogênio, cujas moléculas possuem conexões muito fortes, são responsáveis por PE elevados.
  • Ligações de Hidrogênio › Interações dipolo permanente – dipolo permanente › dipolo induzido – dipolo induzido.

Material fornecido pelo professor Rogério Santejano.











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