forcas_atracao_intermoleculares

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Centro de Ciências Exatas e da Terra 
Departamento de Química 
Disciplina: Química Orgânica Biológica Básica 
 
 
 
 
Anotações de aulas 
indicativas de conteúdos para estudo 
nos livros indicados pelo programa da disciplina. 
 
 
 
 
Ligações covalentes polares e apolares. 
Polaridade molecular. 
Interações moleculares e propriedades físicas. 
 
 
 
 
 
 
 
 
Prof. Humberto Conrado Duarte 
outubro 2009
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LIGAÇÕES COVALENTES APOLARES E POLARES 
 
Ligação covalente apolar 
 Ligação entre átomos do mesmo elemento: distribuição simétrica de seus elétrons; 
 - o compartilhamento do par de elétrons da ligação ocorre de modo igual por não haver diferença de 
eletronegatividade entre os átomos. 
 
 
Ligação covalente polar 
 Ligação entre átomos com eletronegatividade diferente: distribuição assimétrica de seus elétrons; 
- o compartilhamento do par de elétrons da ligação ocorre de modo desigual; 
- o átomo mais eletronegativo exercerá maior atração sobre o par de elétrons assumindo uma carga parcial 
negativa (ʚ); 
- o átomo de menor eletronegatividade assume uma carga parcial positiva (+). 
- símbolo ä representa carga parcial; 
- quanto maior a diferença de eletronegatividade, maior a separação de cargas; 
- como regra aproximada uma diferença entre 0,3 e 2,0 unidades de eletronegatividade indica uma ligação 
covalente polar; 
- diferença menor que 0,3 é típica de ligações covalentes apolares, enquanto que valores superiores a 2,0 
caracterizam ligações iônicas. 
 
 Na Tabela Periódica a eletronegatividade aumenta da esquerda para a direita ao longo de um período e 
diminui de cima para baixo dentro de um grupo. Os valores são arbitrários com F = 4,0 e Ca + 0,7. 
 
 As representações geradas por computador mostram gradações de tonalidades para representar a 
distribuição de carga, das mais claras (ricas em elétrons) até as mais escuras (pobres em elétrons). 
 
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H Cl
 
 
 
Representação para dipolo de ligações covalentes: vetor da extremidade positiva para a negativa 
  = 4,42 x 10 –30 C m HF = 6,37 x 10 -30  O2 = 0 
 
POLARIDADE MOLECULAR 
 As moléculas podem ser formadas por ligações polares e mesmo assim serem apolares. Em estruturas 
simétricas as polarizações das várias ligações podem cancelar-se mutuamente. A geometria molecular 
determina o resultado vetorial. 
 A polaridade das moléculas é o resultado vetorial das polaridades individuais das ligações internas e das 
contribuições dos elétrons não ligantes de seus heteroátomos. 
 Molécula polar: centro de carga negativa não coincide com o de carga positiva. 
 Molécula apolar: centro da carga negativa não coincide com o de carga positiva. 
 
 
A polaridade molecular é: 
- representada por µ, denominado momento de dipolo; 
- definido como a magnitude da carga Q em ambas as extremidades do dipolo molecular multiplicada pela 
distância r entre as mesmas ou seja, µ= Q x r ; 
- expresso em debyes (D); 1 D= 3,336x10-30 C.m (Coulomb.metro) 
 
 
C
H
H
H
H
 
C
Cl
Cl
Cl
Cl
 
C
Cl
H HH
 
O
H
H
..
. .
 
  = 0 D  = O D  = 1,86 D = 1,85 D 
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FORÇAS DE ATRAÇÃO INTERMOLECULARES 
 Quando duas moléculas se aproximam dois fenômenos podem ocorrer: 
 (i) elas podem reagir ou (ii) elas podem interagir. 
 Em uma reação química ligações químicas são quebradas e/ou formadas. Usualmente as energias 
envolvidas neste processo variam entre 50 e 100 kcal.mol-1. 
 Em uma interação química as moléculas se atraem ou se repelem entre si, sem que ocorra a quebra 
ou formação de novas ligações químicas. Estas interações são freqüentemente chamadas de 
interações não covalentes ou interações intermoleculares. As energias envolvidas em tais tipos de 
interações são muito menores que aquelas envolvidas em processos reativos, variando usualmente 
entre 0,5 a 10 kcal.mol-1. 
 
As interações intermoleculares surgem devido às forças intermoleculares, que são essencialmente de 
natureza elétrica (eletrostáticas), e fazem com que uma molécula influencie o comportamento de outra 
molécula em suas proximidades. 
 
Uma vez que estas forças intermoleculares se originam do contato não reativo entre duas moléculas, é 
natural pensarmos que as forças intermoleculares tenham um comportamento que varie com o inverso da 
distância de separação entre as moléculas interagentes, isto é, as interações serão mais fortes para pequenas 
distâncias de separação entre as moléculas. 
 
As principais interações moleculares em compostos puros são: dispersão, dipolo-dipolo e ligação de 
hidrogênio. 
 
 Em soluções ou misturas, com moléculas de compostos diferentes, é possível também a interação dipolo 
permanente–dipolo Induzido (moléculas polares - moléculas apolares). Interações iônicas também são 
observadas em alguns compostos moleculares com grupos funcionais carregados, como nos aminoácidos. 
 
a) Interação de dispersão de London 
 Em compostos apolares a interação entre as moléculas faz com que, pelo contato, uma perturbe a 
densidade eletrônica da outra provocando dipolos momentâneos que originam uma força atrativa muito fraca, 
definida como uma interação dipolo induzido-dipolo induzido. As polarizabilidades das duas moléculas em 
contato irão determinar a força de tal interação. 
 Esta interação é conhecida como força de dispersão de London, em homenagem a Fritz London, que as 
descobriu. Trata-se de uma interação muito fraca, que varia com o inverso da sexta potência da separação 
intermolecular. Este tipo de força está presente em todo tipo de sistema molecular, mas torna-se aparente 
somente quando as outras interações intermoleculares não estão presentes, como no caso dos 
hidrocarbonetos. 
- são forças atrativas extremamente fracas entre moléculas apolares, 
- são resultantes do constante movimento dos elétrons, que causa desequilíbrios momentâneos entre cargas 
parciais positivas e negativas, resultando em momentos de dipolo temporários nas moléculas; 
- a molécula com um dipolo momentâneo, ao chocar-se com outra molécula induz a formação de um dipolo 
nesta, e assim sucessivamente (dipolos induzidos). 
 
dipolo momentâneo
+ _
choque
distribuição simétrica dipolo induzido
   
 
 
- só atua com a proximidade entre as moléculas; 
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- a temperatura de fusão e, especialmente, a temperatura de ebulição elevam-se com o aumento da massa 
molar; 
- apesar de ser uma interação fraca, possui um efeito cumulativo e varia proporcionalmente com o número de 
contatos moleculares presentes na molécula; 
 - maior a Massa Molar  mais elétrons em movimento  maior a polarização temporária da molécula  
maior a superfície de contato  maior a interação entre as moléculas. 
 No gráfico de pontos de ebulição e de fusão versus o número de átomos de carbono para alcanos lineares 
(C1 a C14) observa-se um aumento regular dessas propriedades físicas com aumento da extensão da cadeia. 
 
 
b) interação dipolo-dipolo 
 Uma molécula com um dipolo permanente orienta o dipolo de outra que esteja em sua proximidade 
resultando em atraçãomútua. 
- forças atrativas fracas, porém mais fortes que as de dispersão, entre moléculas polares; 
- moléculas polares apresentam temperaturas de fusão e ebulição mais elevadas que as apolares de massa 
molar comparável. 
 
 
 
 +
_
+_
+ _
+_
 
 
 éter cetona 
c) Ligação de hidrogênio 
 - força atrativa entre o átomo de hidrogênio polarizado positivamente (ligado a um heteroátomo 
eletronegativo como oxigênio, nitrogênio, fluor) e o heteroátomo com elétrons não ligantes e polarizado 
negativamente em outra molécula ou em outra posição na própria molécula; 
 
 Uma vez que o hidrogênio é o menor átomo da tabela periódica, o contato entre as moléculas pode ser 
muito próximo. A combinação de alta polaridade da ligação H-D e o contato muito próximo resulta em uma 
interação particularmente forte, na verdade, a mais forte das interações entre compostos moleculares. 
 
 A força da ligação de hidrogênio está relacionada com a natureza dos átomos doadores e aceptores de 
prótons envolvidos na interação. Ligações de hidrogênio tão fortes quanto uma ligação covalente, com a 
energia de interação variando entre 20 a 40 kcal/mol, são geralmente formadas quando os átomos estão 
carregados. Ligações de hidrogênio moderadas (energia variando entre 5 a 15 kcal.mol-1) são as mais 
comuns, formadas entre doadores e aceptores neutros. 
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 As propriedades da água, álcoois, ácidos orgânicos, aminas e as macromoléculas biológicas (proteínas, 
DNA RNA) estão intimamente relacionadas com a formação de ligações de Hidrogênio. 
 
 
 
 
 
 
 
 
d) interação dipolo permanente-dipolo induzido 
 Estas interações não ocorrem em compostos puros, e sim em soluções (solvente e soluto) e misturas, 
envolvendo diferentes. 
 Uma molécula com um dipolo permanente induz um dipolo em uma segunda molécula apolar próxima 
resultando em atração mútua. A força desta interação irá depender do momento de dipolo da primeira 
molécula e da polarizabilidade da segunda. 
 A polarizabilidade de uma molécula é uma grandeza física que indica com que facilidade a densidade 
eletrônica da molécula pode ser polarizada, isto é, formando uma distribuição assimétrica de densidade 
eletrônica (cargas) e por conseguinte ocorrendo a formação de dipolos instantâneos na molécula. Estas 
interações definem a solubilidade do soluto. 
- moléculas polares e com capacidade para estabelecer ligações de hidrogênio: solúveis em água 
- moléculas apolares: insolúveis em água e solúveis em solventes orgânicos apolares. 
Água: arranjo molecular no gelo 
- observe o ciclo se seis membros 
Álcoois 
Ácidos nucleicos 
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INTERAÇÕES MOLECULARES E PROPRIEDADES FÍSICAS 
 As forças intermoleculares são responsáveis por todas as propriedades físicas da matéria. 
 As interações intermoleculares atrativas aumentam em força da seguinte forma: 
dispersão < dipolo-dipolo < ligações de hidrogênio. 
 
 À medida que a magnitude da força intermolecular aumenta mais difícil torna-se a separação das 
moléculas. 
 Para transformarmos um sólido em um líquido e um líquido em um gás é necessário fornecermos energia. 
Estas energias estão diretamente relacionadas com a força de atração entre as moléculas nas fases 
condensadas (líquida e sólida). Uma vez que a energia é diretamente proporcional à temperatura, cada um 
destes processos irá variar com a magnitude das forças intermoleculares. Isto é, à medida que a magnitude 
das interações intermoleculares aumenta, aumentam as energias necessárias para fundir, vaporizar ou 
sublimar uma substância. 
Comparações entre moléculas diferentes 
 
Efeitos das forças de atração sobre a temperatura de ebulição. 
Composto M (g / mol) T ebul. (o C) Força Intermol. predominante 
CH3CH2CH2CH3 58 - 0,6 dispersão 
CH3OCH2CH3 60 8 dipolo-dipolo 
CH3COCH3 58 56 dipolo-dipolo 
CH3CH2CH2OH 60 98 ligação hidrogênio 
CH3CO2H 60 118 ligação hidrogênio 
Comparações entre compostos iônicos e moleculares 
Compostos iônicos Compostos moleculares 
- componentes menores são íons - componentes menores são moléculas 
- usualmente compostos de metais combinados com 
não metais 
- usualmente compostos de não metais com não 
metais 
- sólidos cristalinos - gases, líquidos ou sólidos de baixo ponto de fusão 
- pontos de fusão elevados - baixos pontos de fusão 
- condutores de eletricidade (fundidos ou em solução) - não condutores de eletricidade 
- muitos são solúveis em água - poucos são solúveis em água 
- são insolúveis em líquidos orgânicos - muitos são solúveis em líquidos orgânicos 
 
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