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SISTEMA DE ENSINO QUÍMICA Ligações Químicas, Forças Intermoleculares e Geometria Molecular Livro Eletrônico 2 de 95www.grancursosonline.com.br Ligações Químicas, Forças Intermoleculares e Geometria Molecular QUÍMICA Manoel Machado Sumário Apresentação .....................................................................................................................................................................3 Ligações Químicas, Forças Intermoleculares e Geometria Molecular ..............................................4 1. Ligações Químicas .......................................................................................................................................................4 1.1. Regra do Octeto e Valência .................................................................................................................................4 1.2. Ligações Iônicas .......................................................................................................................................................6 1.3. Ligações Covalentes ..............................................................................................................................................9 1.4. Ligações Metálicas ...............................................................................................................................................13 2. Geometria Molecular ..............................................................................................................................................15 2.1. Polaridade ..................................................................................................................................................................15 2.2. Modelo VSEPR .......................................................................................................................................................18 2.3. Arranjos Espaciais................................................................................................................................................19 2.4. Hibridização dos Orbitais no Átomo Central ........................................................................................27 3. Interações Intermoleculares ..............................................................................................................................31 3.1. Interações entre moléculas polares ..........................................................................................................34 3.2. Interações entre Moléculas Apolares – Forças de London ........................................................39 3.3. Interações Intermoleculares Fortes – Ligações de Hidrogênio ...............................................42 Resumo ...............................................................................................................................................................................46 Questões de Concurso ...............................................................................................................................................49 Gabarito ..............................................................................................................................................................................65 Gabarito Comentado ...................................................................................................................................................66 O conteúdo deste livro eletrônico é licenciado para TATIANA RODRIGUES DO NASCIMENTO - 43155455896, vedada, por quaisquer meios e a qualquer título, a sua reprodução, cópia, divulgação ou distribuição, sujeitando-se aos infratores à responsabilização civil e criminal. https://www.grancursosonline.com.br https://www.grancursosonline.com.br 3 de 95www.grancursosonline.com.br Ligações Químicas, Forças Intermoleculares e Geometria Molecular QUÍMICA Manoel Machado ApresentAção Fala guerreira (o)!! Como está a preparação? Vai me dizer que esse não era o concurso dos seus sonhos? Mas você chegou até aqui e independente de sua resposta, se seu objetivo for a preparação de qualidade, te garanto que está lendo a apresentação de um curso que irá mudar sua visão sobre a Química. E é sobre essa área que quero conversar. Você provavelmente pode estar se queixando de que não se lembra da maioria dos assuntos já vistos, sobretudo se for para re- solver questões. Bom, esse é o ponto chave para o estudo de concursos. As questões! Com a correta seleção de questões você conseguirá amplificar seu desempenho de uma forma muito rápida, aumentando seus acertos e entendendo seus erros. O que eu estou dizendo aqui não te parece razoável? De todo modo, te garanto que não é o que todos falam. Não quero te conven- cer a estudar por qualquer método de estudo em específico. Sobre isso, você deve descobrir o que funciona para você! Meu objetivo guerreiro (a), é que você tenha um poderoso material em mãos. Os meus PDF’s do Gran Cursos Online trabalham com uma seleção de tópicos de as- suntos direcionados ao perfil das questões utilizadas pelas maiores bancas da área no país. A parte teórica do assunto é discorrida de forma a te conduzir a aprender o suficiente para cada tópico. Em alguns casos, para evitar um texto demasiado extenso, um tópico ou outro sobre o conteúdo pode ser tratado diretamente nos comentários de questões. E olha elas novamente? Aqui, você encontrará uma seleção de questões cuidadosamente escolhidas e todas comen- tadas de acordo com o perfil das bancas. Não é uma seleção aleatória de questões sobre o assunto! Não mesmo! É uma escolha sistematizada e com método! O que eu estou falando aqui é da oportunidade de ter um estudo dirigido e com apoio de teoria. Esse é o meu trabalho: DISSECAR um conjunto de questões selecionadas com método, produzir um perfil do tipo de cobrança dos tópicos daquele conjunto de questões, estruturar e escrever uma aula autossufi- ciente com teoria e questões comentadas! Como se não bastasse, estou praticamente todo o tempo disponível no fórum de dúvidas. Te convido a experimentar esse método de preparação. Para uma análise mais completa do perfil da banca, com resumos e dicas do que focar mais na reta final, fiquem de olho em nossa Aula Essencial 80/20. Lá eu apresento em detalhes uma análise estatística de como a banca se comportou nos últimos certames. Fique atento as novidades na área de PDF do seu curso de Química! Professor Manoel Machado @prof.manoelmachado O conteúdo deste livro eletrônico é licenciado para TATIANA RODRIGUES DO NASCIMENTO - 43155455896, vedada, por quaisquer meios e a qualquer título, a sua reprodução, cópia, divulgação ou distribuição, sujeitando-se aos infratores à responsabilização civil e criminal. https://www.grancursosonline.com.br https://www.grancursosonline.com.br 4 de 95www.grancursosonline.com.br Ligações Químicas, Forças Intermoleculares e Geometria Molecular QUÍMICA Manoel Machado LIGAÇÕES QUÍMICAS, FORÇAS INTERMOLECULARES E GEOMETRIA MOLECULAR 1. LigAções QuímicAs Os átomos encontrados na natureza não são encontrados separadamente. Antes disso, todos estão combinados com outros átomos em meio a uma infinidade de substâncias di- ferentes. Devido a essa presença massiva de substância e compostos o questionamento se outras substâncias e compostos poderiam ser formados foi imediata. Dentro desse contexto, ficou evidente que os átomos eram ligados por meio de interações microscópicas que podiam ser bem definidas. Tais interações foram definidas como ligações químicas e dependendo da natureza e intensidade da força envolvida nesses agrupamentos de átomos poderemos classi- ficá-las em iônicas, covalentes e metálicas. Entretanto, para que esse conhecimento seja construído de forma duradoura é necessária sua atenção para algumas informações que dão sustentação a todas as teorias relacionadas as ligações químicas. 1.1. regrA do octeto e VALênciA Para que um conjunto de átomos sejamantido junto e coeso numa forma molecular, é ne- cessário que essa interação se dê de forma favorável. Alguns fatores serão decisivos na hora de se prever se uma determinada estrutura molecular é possível ou não, mas o principal deles será análise da camada de valência dos átomos envolvidos. É sabido que um átomo adquire estabilidade quando tem sua camada de valência com- pletamente preenchida, ou que simplesmente seja obedecida a regra do octeto. Os átomos tendem a se ligar de forma a completar o número de 8 (oito) elétrons em sua última camada (a de valência). Quero lembrar que para o Hidrogênio e o Hélio, primeiro período da tabela, essa regra equivale ao número de apenas 2 (dois) elétrons na última camada. O conteúdo deste livro eletrônico é licenciado para TATIANA RODRIGUES DO NASCIMENTO - 43155455896, vedada, por quaisquer meios e a qualquer título, a sua reprodução, cópia, divulgação ou distribuição, sujeitando-se aos infratores à responsabilização civil e criminal. https://www.grancursosonline.com.br https://www.grancursosonline.com.br 5 de 95www.grancursosonline.com.br Ligações Químicas, Forças Intermoleculares e Geometria Molecular QUÍMICA Manoel Machado Se caminharmos pelos grupos dos elementos representativos da tabela periódica já cons- tataremos alguns padrões que serão muito úteis na hora de tratarmos da previsão de estrutu- ras químicas com átomos ligados entre si (as moléculas). Em cada um desses grupos, existe um número de elétrons de seus átomos na camada de valência. Para alguns deles, será pre- ferível se perder elétrons para ficar com a camada anterior completa (cumprir o octeto) e para outros a preferência será dada em receber elétrons para completar o octeto de sua camada de valência. Com isso nós teremos as valências (quantidade de ligações que poderá ser feita) de cada um desses grupos de elementos. Veja a tabela abaixo: Grupo (Família) Elétrons na Valência Íon formado (X) Natureza do Íon 1 (I A) 1 X1+ Cátion2 (II A) 2 X2+ 13 (III A) 3 X3+ 14 (IV A) 4 X4+ ou X4- Cátion ou Ânion 15 (V A) 5 X3- Ânion16 (VI A) 6 X2- 17 (VII A) 7 X1- Ora, é intuitivo percebermos que os íons positivos (cátions) são formados por perda de elétrons, e os íons negativos (ânions) são formados por recebimento de elétrons. Já começa a ficar evidente que alguns desses representantes de grupos podem interagir entre si formando uma ligação. É comum atribuirmos os termos mono, bi, tri e tetravalente respectivamente aos íons formados por valências +1 (-1), +2 (-2), +3 (-3) e +4 (-4) O conteúdo deste livro eletrônico é licenciado para TATIANA RODRIGUES DO NASCIMENTO - 43155455896, vedada, por quaisquer meios e a qualquer título, a sua reprodução, cópia, divulgação ou distribuição, sujeitando-se aos infratores à responsabilização civil e criminal. https://www.grancursosonline.com.br https://www.grancursosonline.com.br 6 de 95www.grancursosonline.com.br Ligações Químicas, Forças Intermoleculares e Geometria Molecular QUÍMICA Manoel Machado 001. (CONSESP/PREF. MUNICIPAL DA ESTÂNCIA TURÍSTICA DE SANTA FÉ DO SUL- -SP/2018) Uma “ligação covalente” só ocorre quando acontece a troca de pares de elétrons entre átomos. Este fenômeno se dá normalmente com os ametais ou semimetais e o hidro- gênio. Nesta troca compartilhada dos átomos, ela acontece conforme o número de elétrons. Como pode ser esta troca? a) Monovalente. b) Bivalente. c) Trivalente. d) Mono, bi, tri e tetravalente. Os átomos podem compartilhar quantos elétrons forem necessários para completar o octeto, desde trocas monovalentes, como nos halogênios, bivalentes, entre os calcogênios, trivalente, como nos elementos do grupo do Nitrogênio, até tetravalente como os elementos do grupo 14. Letra d. 1.2. LigAções iônicAs O primeiro tipo de interação entre átomos que abordarei é aquela em que os elétrons são trans- feridos entre os átomos participantes. Como já dito acima, é bem intuitivo notar que elementos dos primeiros 3 grupos da tabela periódica apresentarão uma tendência em perder os seus poucos elétrons da camada de valência se tornado cátions, que são espécie deficitárias de elétrons. Por outro lado, os elementos dos grupos 15, 16 e 17 preferem ganhar elétrons para atingirem sua esta- bilidade prevista na regra do octeto, tornando-se ânions, que são espécies com “sobra” de elétrons. 002. (IBFC/CORPO DE BOMBEIROS MILITAR - SE/2018) Sobre as ligações iônicas, assinale a alternativa que completa correta e respectivamente as lacunas do texto. Os compostos iônicos são resultados da reação entre um metal e um ametal. Os elétrons são transferidos do ______________ para o _______________ formando os ______________ e os ________________ respectivamente. Um exemplo de reação desse tipo ocorre quando coloca- mos gás cloro em contato com sódio metálico, formando assim o cloreto de sódio. a) metal, metal, cátions, ânions b) ametal, metal, ânions, cátions c) ametal, metal, íons, íons d) metal, ametal, cátions, ânions O conteúdo deste livro eletrônico é licenciado para TATIANA RODRIGUES DO NASCIMENTO - 43155455896, vedada, por quaisquer meios e a qualquer título, a sua reprodução, cópia, divulgação ou distribuição, sujeitando-se aos infratores à responsabilização civil e criminal. https://www.grancursosonline.com.br https://www.grancursosonline.com.br 7 de 95www.grancursosonline.com.br Ligações Químicas, Forças Intermoleculares e Geometria Molecular QUÍMICA Manoel Machado Compostos iônicos são aqueles onde os elementos se ligam por meio de ligações iônicas. Completando as lacunas da frase: Os compostos iônicos são resultados da reação entre um metal e um ametal. Os elétrons são transferidos do ametal para o metal formando os ânions e os cátions, respectivamente. Um exemplo de reação desse tipo ocorre quando colocamos gás cloro em contato com sódio metá- lico, formando assim o cloreto de sódio. Letra b. Cátions e ânions são espécies iônicas, ou seja, que não tem um equilíbrio entre cargas po- sitivas e negativas em suas estruturas. Dessa forma, a interação entre íons de cargas opostas será denominada por ligações iônicas. Elementos que tendem a formar cátions são atraídos por elementos que tendem a formar ânions pelo simples processo da transferência favorável de elétrons entre eles. Veja o que ocorre entre os elementos Lítio, do grupo 1, e Flúor, do grupo 17. Observe com atenção o processo. O Lítio, do segundo período, perde o seu elétron de va- lência e fica estabilizado com a configuração eletrônica do gás nobre Hélio (2 elétrons na últi- ma camada), enquanto o Flúor, recebe o elétron do Lítio, completando seu octeto, ficando es- tabilizado com a configuração eletrônica do gás nobre Neônio (8 elétrons na última camada). O conteúdo deste livro eletrônico é licenciado para TATIANA RODRIGUES DO NASCIMENTO - 43155455896, vedada, por quaisquer meios e a qualquer título, a sua reprodução, cópia, divulgação ou distribuição, sujeitando-se aos infratores à responsabilização civil e criminal. https://www.grancursosonline.com.br https://www.grancursosonline.com.br 8 de 95www.grancursosonline.com.br Ligações Químicas, Forças Intermoleculares e Geometria Molecular QUÍMICA Manoel Machado Um macete fundamental para distinguir se uma ligação é do tipo iônica é verificar se os elementos envolvidos são metais e ametais. Via de regra, a ligação é iônica entre esses dois tipos de elementos. 003. (FAUEL SERVIÇO AUTÔNOMO DE ÁGUA E ESGOTO DE BARRA MANSA-PR/2017) As li- gações iônicas se baseiam na interação eletrostática entre íons de cargas opostas, os cátions, com cargas positivas, ou seja, espécies doadoras de elétrons e os ânions, com cargas negati- vas, pois são espécies receptoras de elétrons. Assinale a alternativa que apresenta SOMENTE compostos que são formados predominantemente por ligações iônicas. a) NH3, NaOH, KCl, H2O b) PbCl2, Al3O2, KI, Na2SO4 c) CH4, NaCl, C6H12O6, CO2 d) KI, HCl, H2O, Al3O2 A principal maneira de identificar uma ligação iônica é observar os elementos envolvidos no composto.No caso das ligações iônicas é necessário a presença de um metal (doador de elétrons) e um ametal (receptor de elétrons). Na letra A, C e D os hidrogênios do NH3, CH4 e HCl respectivamente já indicam a presença de uma ligação covalente. Na letra B, apesar de notarmos a presença de uma ligação covalente entre o S e O do íon SO4 2-, este se liga de forma iônica ao metal, por receber elétrons deste. Letra b. De uma maneira mais técnica dizemos que sempre que entre dois elementos, um possui uma baixa energia de ionização e o outro uma alta afinidade eletrônica, ocorre uma ligação iônica entre eles. Para finalizar essa seção, um ponto importante a se destacar é que as ligações iônicas também podem ocorrer entre metais e grupos de ametais ligados de outra. Você verá na seção seguinte, que existe um outro tipo de interação chamada de ligação covalente. Pode ocorrer por exemplo, que um átomo de oxigênio, interaja com um átomo de hidrogênio, formando de forma covalente o ânion OH-. Esse ânion (que contém dois elementos) se liga a um cátion me- tálico por uma ligação iônica. 004. (UFMT/UFSB–BA/2016) Ligações do tipo iônica e covalente estão presentes na subs- tância química representada pela fórmula: O conteúdo deste livro eletrônico é licenciado para TATIANA RODRIGUES DO NASCIMENTO - 43155455896, vedada, por quaisquer meios e a qualquer título, a sua reprodução, cópia, divulgação ou distribuição, sujeitando-se aos infratores à responsabilização civil e criminal. https://www.grancursosonline.com.br https://www.grancursosonline.com.br 9 de 95www.grancursosonline.com.br Ligações Químicas, Forças Intermoleculares e Geometria Molecular QUÍMICA Manoel Machado a) LiOH b) Cl2 c) CH4 d) KBr a) Certa. Possui uma ligação covalente entre o O e H, que formam o ânion OH- que se liga iôni- camente com o Li. b) Errada. Ligação entre ametais idênticos → covalente apolar. c) Errada. Ligação entre hidrogênio e ametal → covalente polar. d) Errada. Ligação entra um metal e ametal → iônica. Letra a. 1.3. LigAções coVALentes Podemos imaginar a limitação da quantidade de compostos capazes de existir se os átomos pudessem se ligar apenas de forma iônica. Bom, e a natureza nos mostra exatamente o contrário disso. A grande maioria dos compostos e substâncias existentes apresentam uma combinação de elementos que não pode se ligar de forma iônica pelo simples fato de não formarem ânions com facilidade. Talvez o maior exemplo disso esteja nos compostos orgânicos, a maioria formado por Carbono, único composto ametal tetravalente da tabela periódica. Então mestre, como ocorre essa interação? Os átomos, sobretudo aqueles que não tem uma grande diferença de eletronegatividade entre si para que ocorra a transferência de elétrons, encontraram uma maneira alternativa de se ligarem por um processo de compartilhamento de elétrons, chamada de ligações covalentes. 005. (IMA/PREFEITURA MUNICIPAL DE PASTOS BONS-MA/2019) Ligações em que ocorre o compartilhamento de elétrons para a formação de moléculas estáveis, segundo a Teoria do Octeto; diferentemente das ligações iônicas em que há perda ou ganho de elétrons, além disso, os pares eletrônicos é o nome dado aos elétrons cedido por cada um dos núcleos, trata-se: a) Ligação covalente b) Ligação dativa c) Ligação inter-íons d) Ligações metálicas A ligação covalente é caracterizada pelo compartilhamento de um ou mais pares de elétrons entre núcleos, de modo que suas camadas eletrônicas mais externas fiquem preenchidas. Letra a. O conteúdo deste livro eletrônico é licenciado para TATIANA RODRIGUES DO NASCIMENTO - 43155455896, vedada, por quaisquer meios e a qualquer título, a sua reprodução, cópia, divulgação ou distribuição, sujeitando-se aos infratores à responsabilização civil e criminal. https://www.grancursosonline.com.br https://www.grancursosonline.com.br 10 de 95www.grancursosonline.com.br Ligações Químicas, Forças Intermoleculares e Geometria Molecular QUÍMICA Manoel Machado Existe dois tipos gerais de ligações covalentes: a comum (que pode ser polar ou apolar), e a dativa (ou coordenada). A classificação vai levar em consideração tanto a diferença de ele- tronegatividade quanto a obediência a regra do octeto. As ligações covalentes comuns são aquelas em que dois átomos apenas compartilham pares de elétrons para que cada uma delas complete seu octeto. É a forma padrão de ligações encontradas entre ametais idênticos ou não e entre hidrogênio e ametais. Ligação covalente entre ametais idênticos Ligação covalente entre hidrogênio e ametais 006. (IDECAN/CORPO DE BOMBEIROS MILITAR–DF/2016) Assinale a alternativa cujo com- posto realiza uma ligação covalente. a) LiF. b) HCl. c) NaCl. d) Na2O. Os compostos das alternativas A, C e D são formado por ligações iônicas (metais e ametais). A alternativa B mostra um composto de hidrogênio com ametal, formado por ligações covalentes. Letra b. Quando os elementos são idênticos ou tem uma eletronegatividade muito próxima (μ = 0), diz-se que a ligação covalente é apolar, como no exemplo acima do Cl2. Quando existe diferen- ça entre as eletronegatividades (μ ≠ 0) entre os elementos envolvidos nas ligações, diz-se que a ligação covalente é polar. (μ é um valor que caracteriza a eletronegatividade do átomo) O conteúdo deste livro eletrônico é licenciado para TATIANA RODRIGUES DO NASCIMENTO - 43155455896, vedada, por quaisquer meios e a qualquer título, a sua reprodução, cópia, divulgação ou distribuição, sujeitando-se aos infratores à responsabilização civil e criminal. https://www.grancursosonline.com.br https://www.grancursosonline.com.br 11 de 95www.grancursosonline.com.br Ligações Químicas, Forças Intermoleculares e Geometria Molecular QUÍMICA Manoel Machado Dessa forma, é importante que esse conceito, mesmo que intuitivo de polaridade das li- gações, fique claro para você. A polaridade de uma ligação está relacionada com a diferença de eletronegatividade entre os átomos envolvidos. Isso não tem relação com a polaridade da molécula, ok? Quando falarmos de polaridade das moléculas, utilizaremos esse conceito de polaridade das ligações, mas por enquanto, não confunda!! Ligação Polar e molécula Polar Ligação Polar e molécula Apolar Ligação Apolar e molécula Apolar 007. (FAURGS/FAURGS/2016) Quando dois átomos compartilham , produz-se entre os dois uma ligação . Essa união, que se verifica entre átomos de natureza semelhante, é a mais comum nos . O que participa da ligação pode ficar mais próximo do átomo que exerça sobre ele força de atração. Essa ligação, chamada , forma um pequeno dipolo elétrico, embora a molécula, no conjunto, possa ser apolar. Assinale a alternativa que preenche, correta e respectivamente, as lacunas do parágrafo acima. a) Um elétron – iônica – sais – elétron – maior – eletronegatividade b) O mesmo núcleo – covalente – elementos transurânicos – elétron – maior – nuclear c) O mesmo número de elétrons – apolar – compostos apolares – elétron – maior – dipolar d) Um par de elétrons – covalente – compostos orgânicos – par de elétrons – maior – cova- lente polar e) Um átomo de hidrogênio – de hidrogênio – compostos polares – átomo de hidrogênio – me- nor – ligação de hidrogênio Completando as lacunas: Quando dois átomos compartilham um par de elétrons, produz-se entre os dois uma ligação covalente. Essa união, que se verifica entre átomos de natureza semelhante, é a mais comum nos compostos orgânicos. O par de elétrons que participa da ligação pode ficar mais próximo do átomo que exerça sobre ele maior força de atração. Essa ligação, chamada covalente polar, forma um pequeno dipolo elétrico, embora a molécula, no conjunto, possa ser apolar. Letra d. O conteúdo deste livro eletrônico é licenciado para TATIANA RODRIGUES DO NASCIMENTO - 43155455896, vedada, por quaisquer meios e a qualquer título, a suareprodução, cópia, divulgação ou distribuição, sujeitando-se aos infratores à responsabilização civil e criminal. https://www.grancursosonline.com.br https://www.grancursosonline.com.br 12 de 95www.grancursosonline.com.br Ligações Químicas, Forças Intermoleculares e Geometria Molecular QUÍMICA Manoel Machado A interação entre átomos pode ainda encontrar abrigo em outro tipo de ligações covalente, quando algum dos elementos já encontra com seu octeto completo e estabilizado e ele pode não compartilhar elétrons com o outro elemento, mas “emprestar” um de seus pares de elé- trons para o outro elemento. Ligação covalente comum Ligação covalente dativa Na ligação covalente comum, o par de elétron compartilhado pertencia a ambos os áto- mos (lembra da molécula de H2? Cada átomo de H contribuía com seu elétron para o par), situação que não acontece na ligação covalente dativa, onde apenas um átomo compartilha integralmente um par de elétrons seu. Essa ligação também pode ser chamada de covalente coordenada por ser assemelhar as ligações coordenadas com expansão do octeto que ocorre nos compostos de coordenação (tema de aula futura). 008. (CETAP/FUNBOSQUE–PA/2012) No fosfito de cálcio -CaHPO3- existem: a) Apenas ligações covalentes b) Apenas ligações iônicas c) 2 ligações iônicas e 4 covalentes normais d) 2 ligações iônicas, 2 covalentes normais e 1 dativa e) 2 ligações iônicas, 3 covalentes normais e 1 dativa O fosfito de cálcio, CaHPO3, é formado pela ligação iônica entre os cátions Ca 2+ e H+ e o ânion HPO3 2-. Além disso, no íon fosfito, percebemos a formação de 4 ligações covalentes entre o P e os O, sendo 3 delas normais e uma dativa. Temos 2 ligações iônicas, 3 covalentes convencionai e 1 covalente dativa nesse composto. Letra e. O conteúdo deste livro eletrônico é licenciado para TATIANA RODRIGUES DO NASCIMENTO - 43155455896, vedada, por quaisquer meios e a qualquer título, a sua reprodução, cópia, divulgação ou distribuição, sujeitando-se aos infratores à responsabilização civil e criminal. https://www.grancursosonline.com.br https://www.grancursosonline.com.br 13 de 95www.grancursosonline.com.br Ligações Químicas, Forças Intermoleculares e Geometria Molecular QUÍMICA Manoel Machado 1.4. LigAções metáLicAs Quando uma estrutura sólida é composta apenas por metais, temos um tipo de interação diferentes das vistas até aqui. Nesse caso, os elementos, possuem normalmente um subnível s completo e um d incompleto, possibilitando a mobilidade dos elétrons na estrutura. Não falamos de moléculas de metal, mas de uma estrutura reticulada, muito organizada e caracte- rizada pela presença de elétrons livres. 009. (IBFC/SECRETARIA DE ESTADO DE PLANEJAMENTO E GESTÃO–MG/2014) Um dos tipos de ligação entre átomos, observada em sólidos, é caracterizada, normalmente, por um subnível eletrônico d completo e um s incompleto, pelo qual os elétrons fluem livremente entre os átomos, por meio de uma estrutura cristalina definida. Assinale a alternativa que apresenta o nome desse tipo de ligação química. a) Covalente b) Iônica c) Polimérica d) Metálica A ligação metálica é caracterizada por uma estrutura empacotada no estado sólido de áto- mos dispostos de forma organizada, com camadas internas preenchidas e a mais externa O conteúdo deste livro eletrônico é licenciado para TATIANA RODRIGUES DO NASCIMENTO - 43155455896, vedada, por quaisquer meios e a qualquer título, a sua reprodução, cópia, divulgação ou distribuição, sujeitando-se aos infratores à responsabilização civil e criminal. https://www.grancursosonline.com.br https://www.grancursosonline.com.br 14 de 95www.grancursosonline.com.br Ligações Químicas, Forças Intermoleculares e Geometria Molecular QUÍMICA Manoel Machado (geralmente um orbital s) vazia para que os elétrons possam se movimentar livremente pelos interstícios da estrutura. Letra d. O que predomina nesse tipo de ligação é o arranjo interno que é composto basicamente por cátions dos metais organizados em um retículo e os seus elétrons percorrem livremente os interstícios dando propriedades muito particulares a estrutura, como brilho, maleabilidade e alta condutividade elétrica e térmica. 010. (CESPE/UNIPAMPA/2013) A respeito das ligações químicas e dos estados de agrega- ção da matéria, julgue o item subsecutivo. Os sólidos metálicos são maleáveis, insolúveis em solventes orgânicos e apresentam alta con- dutividade elétrica. Além disso, muitos deles reagem com água. A maioria dos metais no estado sólido podem reagir com a água formando óxidos e hidróxi- dos, além de serem maleáveis e apresentarem uma alta condutividade elétrica, devido aos elétrons livres em sua estrutura. Certo. 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Ué, vamos considerar que cada ligação covalente polar seja um vetor com sentido virado para o átomo mais eletronegativo. Chamaremos esse vetor de momento dipolar (μ) Quando a soma desses vetores resultar em um vetor diferente de zero, dizemos que a molécula tem um momento dipolar diferente de zero, μ ≠ 0, e a molécula é polar! Caso a soma resulte em um vetor nulo, dizemos que o momento dipolar é igual a zero, μ = 0, e a molécula é apolar. Perceba pelos exemplos abaixo como o momento dipolar tem íntima relação com a presença de pares de elétrons livres no átomo central. 011. (SELECON/EMGEPRON-BR/ANALISTA DE PROJETOS NAVAIS/ÁREA: QUÍMICO IN- DUSTRIAL/2021) Em um estudo, analisou-se o momento dipolar das seguintes moléculas: HF, CO2, NF3 e H2O. O conteúdo deste livro eletrônico é licenciado para TATIANA RODRIGUES DO NASCIMENTO - 43155455896, vedada, por quaisquer meios e a qualquer título, a sua reprodução, cópia, divulgação ou distribuição, sujeitando-se aos infratores à responsabilização civil e criminal. https://www.grancursosonline.com.br https://www.grancursosonline.com.br 16 de 95www.grancursosonline.com.br Ligações Químicas, Forças Intermoleculares e Geometria Molecular QUÍMICA Manoel Machado Dessas moléculas, aquela que apresenta momento dipolar nulo corresponde a: a) CO2 b) HF c) NF3 d) H2O O momento dipolar de uma molécula é analisado em dois fatores: i) a polaridade das ligações individuais existentes nas moléculas; ii) considerando que cada ligação polar é um vetor no sen- tido do átomo mais eletronegativo, a soma desses vetores dará a polaridade da molécula como um todo. Para soma diferente de zero, dizemos que o momento dipolar é não nulo (μ ≠ 0) e a mo- lécula é polar, e para somas iguais a zero, o momento dipolar é nulo (μ = 0) e a molécula é apolar. HF CO2 H2O NF3 Letra a 012. (UTFPR/UTFPR/2018) O tricloreto de fósforo (PCl3) é um líquido incolor bastante tóxico com larga aplicação industrial, principalmente na fabricação de defensivos agrícolas. Dados: Números atômicos: P = 15; Cl = 17. O conteúdo deste livro eletrônico é licenciado para TATIANA RODRIGUES DO NASCIMENTO - 43155455896, vedada, por quaisquer meios e a qualquer título, a sua reprodução, cópia, divulgação ou distribuição, sujeitando-se aos infratores à responsabilização civil e criminal.https://www.grancursosonline.com.br https://www.grancursosonline.com.br 17 de 95www.grancursosonline.com.br Ligações Químicas, Forças Intermoleculares e Geometria Molecular QUÍMICA Manoel Machado A respeito desse composto, é correto afirmar que: a) As ligações entre os átomos de cloro e o átomo de fósforo são iônicas, devido à elevada diferença de eletronegatividade entre estes não-metais. b) A molécula é polar, pois o momento de dipolo resultante não é nulo. c) A geometria molecular deste composto é trigonal plana, uma vez que esta estrutura apre- senta menor energia (menor repulsão eletrônica). d) Após a formação da molécula, o átomo central de fósforo efetua ligações do tipo π. e) Ao entrar em contato com água, o PCl3 reage violentamente, gerando HCl, tornando o meio reacional básico. a) Errada. Fósforo e Cloro são elementos não metálicos que não apresentam grandes diferen- ças de eletronegatividade, preferindo se ligarem por ligação covalente. b) Certa. O átomo de Fósforo possui 5 elétrons na última camada enquanto o Cloro possui 7. Cada em dos três átomos de Cloro se une ao Fósforo compartilhando seu elétron, com um do fósforo, restando 2 elétrons aos Fósforo. A estrutura dessa molécula ficará da seguinte forma: Com um momento de dipolo diferente de zero, sendo, portanto, polar e com geometria molecu- lar do tipo pirâmide trigonal. c) Errada. Vide letra B. d) Errada. Todas as ligações na molécula são simples, do tipo sigma. e) Errada. Quando uma reação gera um ácido como produto (HCl), a tendência é que o meio reacional fique ácido. Letra b. Mas não se engane, o segredo está em observar a molécula como um todo. Observe mais dois exemplos abaixo: SF4 → Molécula Polar XeF4 → Molécula apolar O conteúdo deste livro eletrônico é licenciado para TATIANA RODRIGUES DO NASCIMENTO - 43155455896, vedada, por quaisquer meios e a qualquer título, a sua reprodução, cópia, divulgação ou distribuição, sujeitando-se aos infratores à responsabilização civil e criminal. https://www.grancursosonline.com.br https://www.grancursosonline.com.br 18 de 95www.grancursosonline.com.br Ligações Químicas, Forças Intermoleculares e Geometria Molecular QUÍMICA Manoel Machado 2.2. modeLo Vsepr Bom, chegamos no ponto alto desta aula. Após relembrarmos alguns conceitos e apren- der as bases para tratarmos as disposições espaciais dos átomos em uma molécula vou te apresentar o Modelo da Repulsão dos Pares Eletrônicos ao Nível da Valência (RPENV em por- tuguês), ou simplesmente o Modelo VSEPR (do inglês). Esse modelo é o mais utilizado para a previsão do arranjo espacial dos átomos em uma molécula. Com alta precisão, a aplicação de seus pressupostos permite uma grande taxa de acerto para moléculas não tão complexas. A nível de concurso público, são dezenas de ques- tões que podem ser abordadas e resolvidas à luz dessa modelo. Vou te mostrar os elementos necessários para se utilizar o modelo e em seguida, um protocolo inspirado no modelo, testado e aprovado em centenas de moléculas. Será uma releitura das famosas tabelas encontradas em livros e apostilas. A principal premissa do VSEPR é a ideia de que os pares de elétrons ou “eletrosferas” ao redor de um átomo adotarão um arranjo que minimize as repulsões entre eles. Para compre- ender qual arranjo espacial será adotado, precisamos fazer uma distinção entre os pares de elétrons ligantes (aqueles que são compartilhados e formam as ligações covalentes) e os pa- res de elétrons não ligantes (que ficam sobre o átomo central). Já abordamos rapidamente as influências que eles exercem por exemplo, nos ângulos das ligações moleculares. 013. (FGV/SECRETÁRIO DE EDUCAÇÃO-PB/2015) O cloreto de tionila, composto inorgâni- co com a fórmula SOCl2, é um reagente químico muito usado em reações de cloração. É um líquido incolor, destilável à temperatura ambiente que se decompõe acima de 140ºC. É um composto de S(IV) formado por ligações químicas de natureza covalente. Assinale a opção que melhor representa a estrutura geométrica de equilíbrio do cloreto de tionila. a) b) O conteúdo deste livro eletrônico é licenciado para TATIANA RODRIGUES DO NASCIMENTO - 43155455896, vedada, por quaisquer meios e a qualquer título, a sua reprodução, cópia, divulgação ou distribuição, sujeitando-se aos infratores à responsabilização civil e criminal. https://www.grancursosonline.com.br https://www.grancursosonline.com.br 19 de 95www.grancursosonline.com.br Ligações Químicas, Forças Intermoleculares e Geometria Molecular QUÍMICA Manoel Machado c) d) e) Analisando a molécula do SOCl2, a mesma apresenta 3 ligantes e 1 par de elétrons livres, só podendo ser Pirâmide trigonal pelo protocolo inspirado no método VSEPR. Letra a. 2.3. ArrAnjos espAciAis As geometrias moleculares serão determinadas a partir do arranjo espacial dos átomos em uma molécula. Para encontramos a geometria em torno de um átomo central, todos os pa- res de elétrons (ligantes ou não ligantes) são considerados e para darmos nome a geometria, focalizaremos apenas nos ligantes. Veja o exemplo abaixo: O conteúdo deste livro eletrônico é licenciado para TATIANA RODRIGUES DO NASCIMENTO - 43155455896, vedada, por quaisquer meios e a qualquer título, a sua reprodução, cópia, divulgação ou distribuição, sujeitando-se aos infratores à responsabilização civil e criminal. https://www.grancursosonline.com.br https://www.grancursosonline.com.br 20 de 95www.grancursosonline.com.br Ligações Químicas, Forças Intermoleculares e Geometria Molecular QUÍMICA Manoel Machado A forma geométrica transparente representa a disposição espacial possível para três molé- culas, na ordem, CH4, NH3 e H2O. Cada bolinha vermelha é o átomo central e as bolinhas cinzas são os ligantes (átomos periféricos que rodeiam o átomo central por meio do compartilhamen- to de par eletrônico ligado. Analisemos uma a uma. A primeira molécula, do CH4, apresenta 4 ligantes e nenhum par de elétron livre sobre o átomo central. Os ligantes dessa molécula se posicionam os mais afastados possíveis uns dos outros para minimizar a repulsão eletrônica, dispondo seus átomos nos vértices de um tetraedro, com o Carbono ao centro. A geometria molecular, considerando apenas os ligantes, é tetraédrica. No segundo caso, temos a molécula do NH3, que possui 3 ligantes e um par de elétrons livre no átomo de Nitrogênio central. De igual forma, esses 4 pares de elétrons (3 ligantes + 1 não ligante) irão de dispor de forma a minimizar a repulsão eletrônica entre eles, com a ressal- va de que um par de elétrons não ligante tem uma densidade de carga negativa maior que os pares ligantes, causando uma leve distorção nos ângulos das ligações em relação ao tetraedro perfeito formado pelo CH4. Neste caso, a geometria molecular, considerando apenas os ligantes, não será mais tetraé- drica como podemos ver na figura a direita. Ela é chamada de Pirâmide trigonal. A última molécula, H2O, tem um átomo central, rodeado por dois ligantes e dois pares de elétrons não ligantes. Mestre, como eu sei a quantidade de pares de elétrons não ligantes? Vamos lá! No caso da água, H2O, o átomo central é o Oxigênio que tem 6 elétrons na valência, faltando apenas dois para completar o octeto, enquanto os ligantes são átomos de Hidrogê- nio, cada um com um único elétron na valência e necessitando de mais um elétron cada, para completarem o dubleto (o Hidrogênio e o Hélio são exceções a regra do octeto e se estabilizam com 2 elétrons na valência). Pela estrutura de Lewis, será realizada apenas um compartilha- mento de elétrons em cada ligação O-H. O conteúdo deste livro eletrônico é licenciado para TATIANA RODRIGUES DO NASCIMENTO - 43155455896, vedada, por quaisquer meios e a qualquer título, a sua reprodução, cópia, divulgação ou distribuição, sujeitando-se aos infratores à responsabilização civil e criminal. https://www.grancursosonline.com.br https://www.grancursosonline.com.br 21 de 95www.grancursosonline.com.br Ligações Químicas, Forças Intermolecularese Geometria Molecular QUÍMICA Manoel Machado Desse jeito, cada Hidrogênio fica com dois elétrons e o Oxigênio com oito elétrons (basta contar os pontos azuis da figura acima para cada átomo). Percebeu que ainda sobram dois pares de elétrons não ligantes sobre o Oxigênio? Voltando... Os quatro pares de elétrons presentes na água (2 ligantes e 2 não ligantes) se arranjarão de forma a minimizar a repulsão eletrônica, ocupando aproximadamente cada vértice de um tetraedro. No entanto, um átomo central com dois pares de elétrons não ligantes apresenta uma densidade de carga negativa maior ainda e os elétrons ligantes sofrerão mais distorção que os do NH3, levando a um encurtamento do ângulo de ligação. Aqui, a geometria molecular, considerando apenas os ligantes, não será mais nem tetraé- drica e nem pirâmide trigonal, como podemos ver na figura a direita. Ela é chamada de Angular. Com esses exemplos acredito que você já percebeu duas coisas: existe uma “geometria” de arranjo eletrônico, que está ligado a todos os pares de elétrons existentes no átomo central e se ordenando no espaço de forma a minimizar as repulsões; e existe a geometria molecular, que após o arranjo dos pares eletrônicos, desconsidera os pares não ligantes para nomear a forma geométrica formada apenas pelos ligantes. 014. (AOCP/IFBA/2016) Sobre o modelo VSEPR (modelo da repulsão dos pares de elétrons da camada de valência), assinale a alternativa correta. a) As regiões de alta densidade de elétrons (ligações e pares isolados no átomo central) se repelem e, para reduzir essa repulsão, elas tendem a se aproximar o máximo possível. b) Nesse modelo, existe distinção entre ligações simples e ligações múltiplas, ou seja, uma ligação múltipla não pode ser tratada como uma só região de alta concentração de elétrons. c) Todas as regiões de densidade eletrônica elevada, pares de elétrons isolados e ligantes são incluídas na descrição do arranjo de elétrons. Porém somente as posições dos átomos são consideradas quando descrevemos a forma de uma molécula. d) Um elétron desemparelhado não é considerado uma região de alta densidade de elétrons, portan- to não pode ser tratado como um “par” de elétrons isolado na determinação da forma da molécula. e) Esse modelo considera os pares de elétrons isolados exercendo menor repulsão do que os pares da ligação. O conteúdo deste livro eletrônico é licenciado para TATIANA RODRIGUES DO NASCIMENTO - 43155455896, vedada, por quaisquer meios e a qualquer título, a sua reprodução, cópia, divulgação ou distribuição, sujeitando-se aos infratores à responsabilização civil e criminal. https://www.grancursosonline.com.br https://www.grancursosonline.com.br 22 de 95www.grancursosonline.com.br Ligações Químicas, Forças Intermoleculares e Geometria Molecular QUÍMICA Manoel Machado a) Errada. Regiões de alta densidade de afastam o máximo para reduzir as repulsões. b) Errada. No modelo VSEPR, as ligações múltiplas são tratadas como regiões de alta densida- de eletrônica não se distinguindo das simples. c) Certa. Na geometria molecular, apenas as posições atômicas são consideradas com suas consequentes alterações devido à proximidade com regiões de alta densidade eletrônica. d) Errada. Um elétron desemparelhado como em um radical, também é considerado uma re- gião de alta densidade eletrônica. e) Errada. A ordem de força de repulsão é decrescente da seguinte forma: Par isolado e par isolado > par isolado e par ligante > par ligante e par ligante. Letra c. Para se minimizar a repulsão dos pares de elétrons em torno do átomo central, eles se organizam em um conjunto de 5 geometrias possíveis, em função apenas da quantidade de ligantes possíveis: Então, resumindo, para se determinar o arranjo eletrônico e a geometria de uma molécula, utilizamos os seguintes passos: 1º Passo: desenhe a estrutura de Lewis. 2º Passo: conte o número total de pares de elétrons ao redor do átomo central 3º Passo: ordene os pares de elétrons em uma das cinco geometrias de arranjo descritas anteriormente para obter o arranjo eletrônico. 4º Passo: desconsidere os pares de elétrons não ligantes e encontre a geometria formada apenas pelos ligantes em torno do átomo central para obter a geometria molecular. O conteúdo deste livro eletrônico é licenciado para TATIANA RODRIGUES DO NASCIMENTO - 43155455896, vedada, por quaisquer meios e a qualquer título, a sua reprodução, cópia, divulgação ou distribuição, sujeitando-se aos infratores à responsabilização civil e criminal. https://www.grancursosonline.com.br https://www.grancursosonline.com.br 23 de 95www.grancursosonline.com.br Ligações Químicas, Forças Intermoleculares e Geometria Molecular QUÍMICA Manoel Machado Apesar de só existirem 5 tipos de arranjos eletrônicos, identificamos pelo menos 11 tipos de geometrias moleculares mais comuns de se encontrar em provas. Para facilitar sua tomada de decisão eu propus um protocolo bem simples e eficaz de identificação dessas geometrias e arranjos. Observe atentamente e aplique exaustivamente em exercícios para que você memo- rize como prever geometrias moleculares com precisão. 015. (CESPE/PC–PE/PERITO CRIMINAL/2016) A respeito de geometria molecular, assinale a opção correta. a) NH3 e CH4 apresentam mesma geometria molecular, mas arranjo de pares de elétrons distintos. b) Os compostos BeF2 e BF3 apresentam mesma geometria molecular. c) Tanto o BCl3 quanto o SO3 apresentam geometria molecular trigonal plana. d) SF4 e H3O+ apresentam mesma geometria molecular e mesmo arranjo dos pares de elé- trons de valência ao redor do átomo central. e) IF6- e BrF5 apresentam geometrias moleculares diferentes porque seus elementos centrais têm valores diferentes de eletronegatividade. Vamos utilizar o protocolo inspirado no método VSEPR. a) Errada. MOLÉCULA n. DE LIGAN- TES GEOMETRIAS POSSÍVEIS n. DE PAR DE e- LIVRE GEOMETRIA LIGANTES + e- LIVRE ARRANJO NH3 3 Pirâmide trigonal/ Trigonal Plana/ Forma de T 1 Pirâmide trigonal 4 Tetraédrica CH4 4 Tetraédrica/ Gangorra/ Quadrado Planar 0 Tetraédrica 4 Tetraédrica O conteúdo deste livro eletrônico é licenciado para TATIANA RODRIGUES DO NASCIMENTO - 43155455896, vedada, por quaisquer meios e a qualquer título, a sua reprodução, cópia, divulgação ou distribuição, sujeitando-se aos infratores à responsabilização civil e criminal. https://www.grancursosonline.com.br https://www.grancursosonline.com.br 24 de 95www.grancursosonline.com.br Ligações Químicas, Forças Intermoleculares e Geometria Molecular QUÍMICA Manoel Machado b) Errada. MOLÉCULA n. DE LIGAN- TES GEOMETRIAS POSSÍVEIS n. DE PAR DE e- LIVRE GEOMETRIA LIGANTES + e- LIVRE ARRANJO BeF2 2 Linear/Angular 0 Linear 2 Linear BF3 3 Pirâmide trigonal/ Trigonal Plana/ Forma de T 0 TrigonalPlana 3 Trigonal Plana c) Certa. MOLÉCULA n. DE LIGAN- TES GEOMETRIAS POSSÍVEIS n. DE PAR DE e- LIVRE GEOMETRIA LIGANTES + e- LIVRE ARRANJO BCl3 3 Pirâmide trigonal/ Trigonal Plana/ Forma de T 0 TrigonalPlana 3 Trigonal Plana SO3 3 Pirâmide trigonal/ Trigonal Plana/ Forma de T 0 TrigonalPlana 3 Trigonal Plana d) Errada. MOLÉCULA n. DE LIGAN- TES GEOMETRIAS POSSÍVEIS n. DE PAR DE e- LIVRE GEOMETRIA LIGANTES + e- LIVRE ARRANJO SF4 4 Tetraédrica/ Gangorra / Quadrado Planar 1 Gangorra 5 Pirâmide tetragonal H3O + 3 Pirâmide trigonal/ Trigonal Plana/ Forma de T 1 Pirâmide trigonal 4 Tetraédrica O conteúdo deste livro eletrônico é licenciado para TATIANA RODRIGUES DO NASCIMENTO - 43155455896, vedada, por quaisquer meios e a qualquer título, a sua reprodução, cópia, divulgação ou distribuição, sujeitando-se aos infratores à responsabilização civil e criminal. https://www.grancursosonline.com.br https://www.grancursosonline.com.br 25 de 95www.grancursosonline.com.br Ligações Químicas, Forças Intermoleculares e Geometria Molecular QUÍMICA Manoel Machado e) Errada. A diferença entre as geometrias ocorre pela diferença da quantidade de ligantes e elétrons livres. MOLÉCULA n. DELIGAN- TES GEOMETRIAS POSSÍVEIS n. DE PAR DE e- LIVRE GEOMETRIA LIGANTES + e- LIVRE ARRANJO IF6 - 6 Octaédrica 0 Octaédrica 6 Octaédrica BrF5 5 Pirâmide tetragonal/ Bipirâmide 1 Pirâmide tetragonal 6 Octaédrica Letra c. Fluxograma do protocolo inspirado no modelo VSEPR para determinação de geometrias moleculares O conteúdo deste livro eletrônico é licenciado para TATIANA RODRIGUES DO NASCIMENTO - 43155455896, vedada, por quaisquer meios e a qualquer título, a sua reprodução, cópia, divulgação ou distribuição, sujeitando-se aos infratores à responsabilização civil e criminal. https://www.grancursosonline.com.br https://www.grancursosonline.com.br 26 de 95www.grancursosonline.com.br Ligações Químicas, Forças Intermoleculares e Geometria Molecular QUÍMICA Manoel Machado 016. (NUCEPE/POLÍCIA CIVIL-PI/2018) O pentacloreto de fósforo é um sólido iônico com- posto de cátions PCl4 + e ânions PCl6 -. Indique a alternativa que contém as formas geométricas do PCl4 + e PCl6 -, respectivamente. a) Piramidal e gangorra. b) Quadrado planar e hexagonal. c) Pentagonal e hexagonal. d) Tetraédrico e octaédrico. e) Tetraédrico e dodecaédrico. Vamos utilizar o protocolo inspirado no método VSEPR. MOLÉCULA n. DE LIGANTES GEOMETRIAS POSSÍVEIS n. DE PAR DE e- LIVRE GEOMETRIA PCl4 + 4 Tetraédrica/Gangorra/Quadrado Planar 0 Tetraédrica PCl6 - 6 Octaédrica 0 Octaédrica Letra d. 017. (AOCP/IFBA/2016) Assinale a alternativa que descreva as geometrias do íon ClO3 – e das moléculas GeF2 e N2O, respectivamente. [Dados: Ge (Z = 32); N (Z = 7); O (Z = 8); F (Z = 9); Cl (Z = 17)]. a) Bipirâmide trigonal, angular e trigonal plana. b) Trigonal plana, linear e angular. c) Pirâmide trigonal, angular e linear. d) Pirâmide trigonal, linear e angular. e) Trigonal plana, angular e linear. Vamos utilizar o protocolo inspirado no método VSEPR. MOLÉCULA n. DE LIGANTES GEOMETRIAS POSSÍVEIS n. DE PAR DE e- LIVRE GEOMETRIA ClO3 - 3 Pirâmide trigonal/Trigonal Plana/Forma de T 0 Tetraédrica O conteúdo deste livro eletrônico é licenciado para TATIANA RODRIGUES DO NASCIMENTO - 43155455896, vedada, por quaisquer meios e a qualquer título, a sua reprodução, cópia, divulgação ou distribuição, sujeitando-se aos infratores à responsabilização civil e criminal. https://www.grancursosonline.com.br https://www.grancursosonline.com.br 27 de 95www.grancursosonline.com.br Ligações Químicas, Forças Intermoleculares e Geometria Molecular QUÍMICA Manoel Machado MOLÉCULA n. DE LIGANTES GEOMETRIAS POSSÍVEIS n. DE PAR DE e- LIVRE GEOMETRIA GeF2 2 Angular/Linear 1 Pirâmide trigonal N2O 2 Angular/Linear 1 Angular Letra c. 018. (ACAFE/SECRETARIA DE ESTADO DA EDUCAÇÃO-SC/2015) Assinale a alternativa que contém as geometrias das respectivas espécies químicas: trifluoreto de boro, fluoreto de berí- lio, nitrato e dióxido de enxofre. a) Trigonal plana, angular, trigonal plana e angular. b) Trigonal plana, linear, trigonal plana e angular. c) Trigonal plana, linear, piramidal e angular. d) Trigonal plana, linear, trigonal plana e linear. e) Piramidal, linear, trigonal plana e angular. Vamos utilizar o protocolo inspirado no método VSEPR. MOLÉCULA n. DE LIGANTES GEOMETRIAS POSSÍVEIS n. DE PAR DE e- LIVRE GEOMETRIA BF3 3 Pirâmide trigonal/Trigonal Plana/ Forma de T 0 Trigonal Plana BeF2 2 Angular/Linear 0 Linear NO3 - 3 Pirâmide trigonal/Trigonal Plana/Forma de T 0 Trigonal Plana SO2 2 Angular/Linear 1 Angular Letra b. 2.4. HibridizAção dos orbitAis no átomo centrAL Para finalizar esse assunto, quero mostrar a você, ainda de uma maneira simplista, como determinar de maneira fácil e rápida o tipo de hibridização de orbitais existente nos átomos centrais de uma molécula, seguindo as ideias do modelo VSEPR e o protocolo de determinação de geometria e arranjos. 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Como a molécula da água é formada por 2 pares ligantes e 2 pares não ligantes, os orbitais do Oxigênio na molécula devem ocupar regiões em torno dos vértices de um tetraedro para minimizar as repulsões, dessa forma, os quatro novos orbitais serão do tipo sp3, formados pela união de 1s + 3p. Cada um dos quatro orbitais sp3 será ocupado por um par de elétrons, sendo dois deles compartilhados com o hidrogênio, e dois deles ficando no átomo central. Se você achou esse exemplo muito simples, vamos pegar a molécula do XeF4, que utiliza- mos em um tópico da aula mais acima. O XeF4 é uma molécula que possui como átomo central o Xe, que possui 8 elétrons (4 pa- res) de valência. Cada Flúor compartilha de um elétron do Xenônio gerando 4 pares ligantes e restando 2 pares não ligantes sobre o Xe. Preste atenção aqui: cada um dos quatro pares ligantes do Xenônio possui 1 elétron do Xe e 1 elétron do Flúor. Ou seja, dos ligantes, 4 elétrons são do Xenônio. Além disso, outros 2 pares (4 elétrons) restam livres (não ligantes) sobre o Xenônio, totalizando seus 8 elétrons de valência. O Xenônio não precisaria de nenhuma elétrons para completar seu octeto, no entan- to, ele tem a capacidade de expandi-lo para compartilhar de forma “dativa” seus elétrons com elementos eletronegativos para formar compostos estáveis. De acordo com o protocolo inspirado no Método VSEPR, essa molécula com 4 ligantes e 2 não ligantes só pode ter arranjo eletrônico do tipo octaédrico e geometria molecular do tipo quadrado planar (no fluxograma do protocolo, siga a linha do 4 ligantes e 2 pares não ligantes). 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(IFF/IFF/2013) SF6 possui hibridização do tipo: a) sp. b) sp3. c) sp2. d) dsp3. e) d2sp3. O primeiro e talvez mais importante fator para se determinar a hibridização de um átomo em um composto é verificar a quantidade ligações que ele faz mais a quantidade de pares de elétrons livres. O Enxofre é um elemento do grupo 16 e, portanto, possui 6 elétrons na camada de valência. Cada um dos átomos de Flúor realiza um compartilhamento de elétrons com o Enxofre central totalizando 6 pares de elétrons envolvidos nas ligações e nenhum par de elétrons livre no áto- mo central. Sendo assim, 6 orbitais do Enxofre (átomo central) serão necessáriospara acomo- dar os elétrons das ligações. Enxofre, do 3º período, tem em sua configuração de valência 1 orbital 3s e 3 orbitais 3p, que são adicionados a 2 orbitais d para formar 6 orbitais híbridos sp3d2. Letra e. 020. (AOCP/IFBA/2016) De acordo com as teorias de ligação covalente, assinale a alternativa que apresenta, para o composto trifluoreto de cloro, a forma molecular, o arranjo de elétrons e a hibridação do cloro, respectivamente. Dados: Cl (Z = 17); F (Z = 9). a) Pirâmide trigonal, tetraédrica, sp3. b) Bipirâmide trigonal, forma de T, sp3d. c) Forma de T, bipirâmide trigonal, sp3d. d) Balanço, bipirâmide trigonal, sp3d. e) Bipirâmide trigonal, balanço, sp3d. 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A hibridização do Cloro é realizada pela união de seu orbital 3s, seus 3 orbitais 3p e um orbital d, para formar 5 orbitais sp3d que formação as 3 ligações covalentes com os 3 Flúor e acondi- cionarão os 2 pares de elétrons não ligantes. Letra c. 021. (AOCP/IFBA/2016) Assinale a alternativa que apresenta a hibridação do fósforo no pen- tafluoreto de fósforo, PF5, e a geometria molecular desse composto, respectivamente. [Dados: P (Z = 15); F (Z = 9)]. a) sp³d, bipirâmide trigonal. b) sp³, quadrado planar. c) sp³d², bipirâmide trigonal. d) sp³d, pirâmide de base quadrada. e) sp³d, gangorra. Analisando a molécula do PF5, a mesma apresenta 5 ligantes e 0 par de elétrons livres, só po- dendo ser Bipirâmide Triangular pelo protocolo inspirado no método VSEPR. A hibridização do O conteúdo deste livro eletrônico é licenciado para TATIANA RODRIGUES DO NASCIMENTO - 43155455896, vedada, por quaisquer meios e a qualquer título, a sua reprodução, cópia, divulgação ou distribuição, sujeitando-se aos infratores à responsabilização civil e criminal. https://www.grancursosonline.com.br https://www.grancursosonline.com.br 31 de 95www.grancursosonline.com.br Ligações Químicas, Forças Intermoleculares e Geometria Molecular QUÍMICA Manoel Machado Fósforo é realizada pela união de seu orbital 3s, seus 3 orbitais 3p e um orbital d, para formar 5 orbitais sp3d que formação as 5 ligações covalentes com os 5 Flúor. Letra a. 3. interAções intermoLecuLAres Umas das principais razões para se estudar a estrutura da matéria é para se compreender parte por parte como as partículas em um nível microscópico se organizam para dar o aspecto macroscópi- co das substâncias e compostos que percebemos a nossa volta. O cheiro de uma carne fritando ou do perfume de alguém, o sabor de um copo de caldo de cana com um delicioso pastel de carne, a sensa- ção causada pelo toque em um álcool em gel, a noção de formato ao se manusear uma lata de atum e as percepções visuais da fumaça que sai do escapamento de um carro ou de uma tela pintada com diferentes cores, são alguns exemplos de nossas interações com diferentes materiais no dia a dia. Não é de meu interesse aqui entrar no mérito da captação de informações pelo sentido, mas apenas de diferenciar estados físicos dos materiais, como já vimos em aula anterior. Co- nhecemos três formas de estados da matéria, o gasoso, o líquido e o sólido. No entanto, mes- mo dentro de cada estado, existe diferenças químicas que permitem separar as substâncias e compostos em novos grupos. Por exemplo, é bem intuitivo que o açúcar e o sal de cozinha são estados sólidos de diferentes materiais. Mas o conhecimento de que quando dissolvidos separadamente em água, apenas um deles conduz eletricidade só vem da experiência e só pode ser explicado à luz de suas estruturas moleculares. As moléculas são arranjos de átomos com uma forma definida. Esses átomos, dependen- do de sua natureza eletrônica, se organizam através de ligações químicas, que nada mais é do que a interação de seus elétrons mais externos no sentido de estabilizarem-se via de regra completando seus octetos. Também estudamos esses diferentes tipos de ligações. Ok! Tam- bém compreendemos que as moléculas se organizam para formas as substâncias e compos- tos que conhecemos. Vai vendo como a Química é lógica... O conteúdo deste livro eletrônico é licenciado para TATIANA RODRIGUES DO NASCIMENTO - 43155455896, vedada, por quaisquer meios e a qualquer título, a sua reprodução, cópia, divulgação ou distribuição, sujeitando-se aos infratores à responsabilização civil e criminal. https://www.grancursosonline.com.br https://www.grancursosonline.com.br 32 de 95www.grancursosonline.com.br Ligações Químicas, Forças Intermoleculares e Geometria Molecular QUÍMICA Manoel Machado Os materiais (compostos e substâncias) como os conhecemos em condições normais de temperatura e pressão possuem estados físicos bem definidos e de uma forma bem geral sa- bemos que a diferença entre os estados físicos é explicada pela maior ou menor energia de co- esão das moléculas. Aqui chegamos ao ponto chave! Essa energia de coesão que estudamos superficialmente na aula de estados físicos da matéria é praticamente intrínseca de cada tipo de substância e dependente exclusivamente da interação entre as moléculas que compõem a substância. As moléculas interagem entre si por de forças de natureza eletrostáticas que dão origem as interações intermoleculares que será o tema central dessa aula. As moléculas podem interagir de três formas gerais. A primeira e mais fraca interação ocorre por meio de formação temporária nas moléculas de pontos com leve excesso de carga negativa de um lado e leve excesso de carga positiva de outro lado, denominado dipolos induzidos. A segunda é uma interação bastante comum, com força intermediária, e ocorre entre mo- léculas que possuem pontos permanentes de densidade de carga negativa localizadas, dando origem a outra região permanente de baixa densidade de carga negativa, denominados dipolos permanentes. E a terceira e mais forte das interações, ocorre de forma muito específicas em molécula que possuem dipolos permanentes, com a região densa em cargas negativas formada por um átomo de Hidrogênio ligado a um dos três átomos mais eletronegativos da tabela, o Flúor, o Oxigênio e o Nitrogênio. O conteúdo deste livro eletrônico é licenciado para TATIANA RODRIGUES DO NASCIMENTO - 43155455896, vedada, por quaisquer meios e a qualquer título, a sua reprodução, cópia, divulgação ou distribuição, sujeitando-se aos infratores à responsabilização civil e criminal. https://www.grancursosonline.com.br https://www.grancursosonline.com.br 33 de 95www.grancursosonline.com.br Ligações Químicas, Forças Intermoleculares e Geometria Molecular QUÍMICA Manoel Machado Todas as interações entre as moléculas são baseadas em uma força eletrostática de atra- ção entre cargas opostas chamada de forças de Van der Waals. Essas forças explicam o por- quê as moléculas não são todas encontradas no estado gasoso. Ela é a fonte de algumas daquelas energias de coesão que permite que as substâncias existam no estado líquido ou sólido, por exemplo. As forças de Van der Waals são um conjunto de três tipos de forças pre- sentes nas interações intermoleculares: • A interação entre dois dipolos permanentes – Força de Keesom • A interação entre um dipolo permanente de um polo induzido – Força de Debye • A interação entre dois dipolos induzidos – Forçasde London As duas primeiras tratam das interações que ocorrem entre moléculas polares, aquelas que têm dipolos permanentes em sua estrutura, e a terceira vai tratar das interações entre moléculas consideradas apolares, as que tem apenas dipolos induzidos em suas estruturas. 022. (CCC IFCE/IFCE/2014) As forças intermoleculares entre as substâncias abaixo são, res- pectivamente, I – CH3-OH e NH3 II – I2 e I2 III – HCl e HF IV – gasolina e óleo a) ligações de hidrogênio, dipolo induzido-dipolo induzido, dipolo permanente-dipolo perma- nente, dipolo induzido-dipolo induzido. b) ligações de hidrogênio, dipolo induzido-dipolo induzido, ligações de hidrogênio, dipolo indu- zido-dipolo induzido. c) dipolo permanente-dipolo permanente, dipolo induzido-dipolo induzido, dipolo permanente- -dipolo permanente, dipolo induzido-dipolo induzido. d) ligações de hidrogênio, dipolo induzido-dipolo induzido, ligações de hidrogênio, dipolo per- manente-dipolo permanente. e) dipolo permanente-dipolo permanente, dipolo induzido-dipolo induzido, dipolo permanente- -dipolo permanente, ligações de hidrogênio. (I) Presença de Hidrogênio ligado a F, O ou N em ambas as moléculas, a interação intermolecu- lar ocorre por ligações de hidrogênio. (II) Moléculas apolares a interação ocorre por dipolo induzido-dipolo induzido. (III) Moléculas com dipolo permanente a interação ocorre por dipolo permanente-dipolo permanente. O conteúdo deste livro eletrônico é licenciado para TATIANA RODRIGUES DO NASCIMENTO - 43155455896, vedada, por quaisquer meios e a qualquer título, a sua reprodução, cópia, divulgação ou distribuição, sujeitando-se aos infratores à responsabilização civil e criminal. https://www.grancursosonline.com.br https://www.grancursosonline.com.br 34 de 95www.grancursosonline.com.br Ligações Químicas, Forças Intermoleculares e Geometria Molecular QUÍMICA Manoel Machado (IV) Ambas as substâncias são formadas por moléculas apolares, que interagem por dipolo induzido-dipolo induzido. Letra a. 3.1. interAções entre moLécuLAs poLAres Vamos começar falando das interações entre moléculas polares. Para não ficar estranho, vou apresentar rapidamente o conceito de polaridade, que será melhor explorado na aula de Geometria Molecular. Uma molécula polar, como já disse, é aquela que possui dipolos permanentes em sua es- trutura. Mas como se forma esses dipolos? Você deve se lembrar, quando falamos das liga- ções covalentes, que algumas delas tinham um caráter polar e outras um caráter apolar. Na ocasião é bem provável que eu tenha pedido para que você não confundisse a polarida- de de uma ligação covalente com a polaridade de uma molécula. Pois bem! Para examinarmos a polaridade de uma molécula, precisamos levar em consideração todas as ligações presentes nela. Ou seja, é possível que uma molécula que possui ligações polares seja apolar como o CO2. Diferentemente do CO que possui a mesma ligação do CO2, C=O mas é polar. O conteúdo deste livro eletrônico é licenciado para TATIANA RODRIGUES DO NASCIMENTO - 43155455896, vedada, por quaisquer meios e a qualquer título, a sua reprodução, cópia, divulgação ou distribuição, sujeitando-se aos infratores à responsabilização civil e criminal. https://www.grancursosonline.com.br https://www.grancursosonline.com.br 35 de 95www.grancursosonline.com.br Ligações Químicas, Forças Intermoleculares e Geometria Molecular QUÍMICA Manoel Machado Mestre, uma molécula pode ser polar, mesmo tendo ligações apolares? É preciso cuidado ao analisar essa pergunta e vou responde-la por meio de um exemplo: Pense na molécula do Ozônio, O3. Nela, identificamos duas ligações entre átomos de Oxigênio e como o átomo é o mesmo, essas ligações são apolares, concorda? Acontece que a molécula do Ozônio possui um mo- mento de dipolo diferente de zero, ou seja, ela é polar! Veja bem, podemos explicar isso da se- guinte forma: uma das ligações entre Oxigênios que o Ozônio faz é covalente apolar, com pares de elétrons sendo compartilhados igualmente entre eles. No entanto, a outra ligação é do tipo covalente dativa, onde apenas um átomo de Oxigênio compartilha seus elétrons com o outro. Nesse caso, existe um pequeno deslocamento da nuvem eletrônica do átomo central em direção aos átomos laterais, e isso gera um momento de dipolo que vai distorcer a densidade eletrônica em torno da molécula. Deu pra entender? Não precisa se lembrar aqui de conceitos que seu professor deve ter falado como ressonância, pares de elétrons desemparelhados, ou geometria angular, certo? Te garanto que não serão uteis aqui ainda. A figura a direito abaixo mostra uma representação da den- sidade eletrônica na molécula de Ozônio. A região em azul, mostra baixa densidade eletrônica e em vermelho uma alta densidade eletrônica. Moléculas com essa distribuição de densidade são polares. 023. (CESPE/DPF-BR/PAPILOSCOPISTA POLICIAL FEDERAL/2021) A interação intermole- cular citada no texto envolve atração entre cargas de sinais opostos. O conteúdo deste livro eletrônico é licenciado para TATIANA RODRIGUES DO NASCIMENTO - 43155455896, vedada, por quaisquer meios e a qualquer título, a sua reprodução, cópia, divulgação ou distribuição, sujeitando-se aos infratores à responsabilização civil e criminal. https://www.grancursosonline.com.br https://www.grancursosonline.com.br 36 de 95www.grancursosonline.com.br Ligações Químicas, Forças Intermoleculares e Geometria Molecular QUÍMICA Manoel Machado O texto citou as interações de Van der Waals, que podem ser do tipo íon-dipolo, dipolo-dipolo ou dipolo induzido-dipolo induzido. As moléculas são consideradas espécies neutras, no entanto, atenção para a interpretação da banca, que considerou que os polos de moléculas envolvidas em tais interações são portadoras de carga (muitas vezes permanentes como as encontradas em íons ou moléculas polares) e é através delas que ocorrem a interação. Não vou polemizar os des- dobramentos acerca desse entendimento. O importante aqui é você compreender que interações de Van der Waals, podem ser entendidas, pela ocorrência da interação entre cargas opostas. Certo. 3.1.1. Dipolo-dipolo Quando duas moléculas apresentam momentos de dipolo diferente de zero, ou seja, a re- lação entre suas ligações internas resulta em uma região com maior densidade eletrônica do que outra temos a interação de Van der Waals conhecida como dipolo-dipolo, ou dipolo perma- nente- dipolo permanente. Esse tipo de interação é intensa o suficiente para manter algumas substâncias no estado líquido e sólido. Ela promove um nível de coesão intermolecular que necessita de mais energia para ser rompida. Dentro desse tipo de interação também é possível encontrar explicações para algumas propriedades como a miscibilidade que alguns líquidos possuem em outros, por O conteúdo deste livro eletrônico é licenciado para TATIANA RODRIGUES DO NASCIMENTO - 43155455896, vedada, por quaisquer meios e a qualquer título, a sua reprodução, cópia, divulgação ou distribuição, sujeitando-se aos infratores à responsabilização civil e criminal. https://www.grancursosonline.com.br https://www.grancursosonline.com.br 37 de 95www.grancursosonline.com.br Ligações Químicas, Forças Intermoleculares e Geometria Molecular QUÍMICA Manoel Machado meio do princípio prático de que semelhante dissolve semelhante. O semelhante desse prin- cípio é justamente essa capacidade das moléculas em formar dipolos permanentes e manter uma coesão intermolecular de mesma natureza. 024. (FUMARC/SEE–MG/PROFESSOR DE EDUCAÇÃO BÁSICA/QUÍMICA/2018) O tipo de interação/ligação representada no esquema e apontada por uma seta é: a) Covalente. b) Dipolo instantâneo-dipolo induzido. c) Dipolo-dipolo. d) Iônica. e) Ligação de hidrogênio. Muito atenção em questões capciosas como essa. O Hidrogênio da molécula circulada em azul está ligado a um átomo de carbono, em um aldeído, e ele realiza uma interação com o átomo de Oxigênio da água. No aldeído, o Hidrogênio é uma região com baixa densidade ele- trônica,podendo ser considerada um polo positivo, enquanto que o Oxigênio da água é um polo negativo. Essa interação é do tipo dipolo-dipolo. Letra c. 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Quando uma espécie formada por ligações iônicas como um sal, por exemplo, o NaCl, é dissolvida em um líquido formado por ligações covalentes como a água, as ligações intermo- leculares entre as moléculas do líquido começam a dar lugar para a interação mais forte que ocorre com os dipolos das moléculas e os íons em solução. Nesse caso, o polo positivo da água ficará orientado para os ânions do sal dissociado em solução e os polos negativos da água ficará orientado para os cátions do sal dissociado em solução. Esse tipo de interação é mais forte que as interações somente entre dipolos de moléculas e explica dentre outras coisas a capacidade de espécies sólidas serem solubilizadas em líqui- dos. Esse fenômeno, conhecido como solvatação, ocorre justamente pela força de atração en- tre os íons-dipolos que promovem a separação e estabilização dos cátions e ânions no meio. 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Para que qualquer tipo de substância seja mantida no estado líquido, interações entre as moléculas que a compõem devem existir e dessa forma, moléculas que são naturalmente gasosas possuem interações entre elas. 3.2.1. Dipolo Induzido-Dipolo Induzido Substâncias gasosas em geral são formadas por moléculas apolares. De mesma forma que as moléculas polares, moléculas apolares podem ser formadas por espécies que contêm ligações polares, é o caso do CO2, que apesar de possuir ligações polares o seu momento de dipolo resultante é zero, originando uma molécula apolar (e substância gasosa), e apolares como os gases formado por átomos de um mesmo elemento químico como o O2, Cl2, N2 etc. 025. (IPEFAE/PREFEITURA MUNICIPAL DE ANDRADAS/TÉCNICO EM QUÍMICA/2019) O butano e o 2-metilpropano, cujos modelos de espaciais são apresentados a seguir, são apo- lares e tem a mesma fórmula mínima (C4H10); o butano tem ponto de ebulição de -0,5 °C, en- quanto o 2-metilpropano tem ponto de ebulição de -11,7 °C. Com relação à diferença entre os pontos de ebulição das duas substâncias pondere sobre as afirmações a seguir: O conteúdo deste livro eletrônico é licenciado para TATIANA RODRIGUES DO NASCIMENTO - 43155455896, vedada, por quaisquer meios e a qualquer título, a sua reprodução, cópia, divulgação ou distribuição, sujeitando-se aos infratores à responsabilização civil e criminal. https://www.grancursosonline.com.br https://www.grancursosonline.com.br 40 de 95www.grancursosonline.com.br Ligações Químicas, Forças Intermoleculares e Geometria Molecular QUÍMICA Manoel Machado I – Essa diferença se dá pelo fato da estrutura ramificada do 2-metilpropano gerar uma interação intermolecular menos densa. II – A diferença entre os pontos de ebulição se dá pelo fato do 2-metilpropano apresentar interação intermolecular do tipo dipolo induzido, enquanto o metano apresenta intera- ção intermolecular do tipo ligações de hidrogênios. III – O butano apresenta maior ponto de ebulição, pois sua estrutura linear contribuí para o melhor empacotamento das suas moléculas. IV – Considerando o caráter apolar de ambas as moléculas, o 2-metilpropano por apresentar uma ramificação tem o momento dipolo maior que ao do butano, por isso há um au- mento significativo na repulsão eletrônica entre as moléculas de 2-metilpropano. Estão corretos: a) I, II, III e IV b) Apenas I e II c) Apenas II e IV d) Apenas I e III Item I: Certa. Como o metilpropano é uma estrutura ramificada, a área de dispersão da carga é menor, fazendo com que suas interações intermoleculares sejam mais fracas, ou menos den- sas, provocando diminuição do seu ponto de ebulição. Item II: Errada. Ambos apresentam interações do tipo dipolo induzido. Item III: Certa. A estrutura linear do butano permite uma maior dispersão da carga e melhor contato entre as moléculas por meio das interações do tipo dipolo induzido. Item IV: Errada. As moléculas apolares não possuem momento de dipolo significativo. Letra d. Essas substâncias, apesar de apolares, são formadas por cargas positivas e negativas. Ora, sabemos que cargas negativas se repelem e a densidade eletrônica dessas moléculas cobre homogeneamente suas superfícies, então, caso uma molécula dessa se aproxime da outra, ocorre uma repulsão eletrônica e por isso elas ficam distantes uma da outra? Não é bem assim! Primeiro, lembre-se que as nuvens eletrônicas de uma molécula não são rígidas. Os elétrons estão em intenso e permanente movimento em torno dos núcleos. Quando a nu- vem eletrônica de uma molécula, se aproxima da nuvem eletrônica de outra molécula, ocorre a repulsão e uma das nuvens eletrônica se desloca mais para o lado oposto, deixando a carga nuclear desse lado mais exposta. 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Essas interações são chamadas de forças dispersivas de London que é uma das forças que integram o conjunto das interações de Van der Waals. As forças dispersivas de London causam interações chamadas de dipolo induzido-dipolo induzido ou dipolo instantâneo- dipolo instantâneo. 026. (AOCP/IFBA/2016) Em relação às interações atrativas do tipo forças de London, assina- le a alternativa correta. a) À medida que o número de
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