5 Forças intermoleculares

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Forças intermolecularesForças intermoleculares
Profª. Lílian Fernandes
 Quando moléculas, átomos ou íons aproximam-se uns dos outros,dois fenômenos podem ocorrer: (i)(i) eleseles podempodem reagirreagir ouou ((iiii)) eleseles
podempodem interagirinteragir.
InteraçõesInterações IntermolecularesIntermoleculares
A + B C + D
A + B A...B
 UmaUma reaçãoreação químicaquímica porpor definiçãodefinição requerrequer queque ligaçõesligações químicasquímicas sejamsejamquebradasquebradas e/oue/ou formadasformadas.. Usualmente as energias envolvidas nesteprocesso variam entre 50 e 100 kcal/mol.
InteraçõesInterações IntermolecularesIntermoleculares
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 Uma interação química significa que as moléculas se atraem ou serepelem entre si, sem que ocorra a quebra ou formação de novas ligaçõesquímicas.
 Estas interações são frequentemente chamadas de interaçõesinterações nãonão--covalentescovalentes ouou interaçõesinterações intermolecularesintermoleculares.
InteraçõesInterações IntermolecularesIntermoleculares
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covalentescovalentes ouou interaçõesinterações intermolecularesintermoleculares.
 As energias envolvidas em tais tipos de interações são muito menoresque aquelas envolvidas em processos reativos, variando usualmente entre0,5 a 10 kcal/mol.
InteraçõesInterações IntermolecularesIntermoleculares
55
IntraIntra
Inter
 Uma vez que as forças intermoleculares se originam do contato nãoreativo entre duas moléculas, é natural pensarmos que as forçasintermoleculares tenham um comportamento que varie com o inverso dadistância de separação entre as moléculas interagentes.
 As interações serão mais fortes para pequenas distâncias de separação
InteraçõesInterações IntermolecularesIntermoleculares
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 As interações serão mais fortes para pequenas distâncias de separaçãoentre as moléculas.
 As forças intermoleculares são interações atrativas entre as moléculasou entre íons e moléculas.
Elas estão diretamente relacionadas a propriedades físicas como:
InteraçõesInterações IntermolecularesIntermoleculares
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 ponto de fusão e ponto de ebulição;
 determinação da solubilidade de gases, líquidos e sólidos em váriossolventes;
 determinação de estruturas de moléculas biologicamente importantescomo o DNA e proteínas.
 As interações intermoleculares podem ser agrupadas em interações dedecurtocurto alcancealcance (aquelas que atuam a pequenas distâncias de separaçãointermolecular) e interaçõesinterações dede longolongo alcancealcance, que atuam a grandesdistâncias de separação intermolecular.
InteraçõesInterações IntermolecularesIntermoleculares
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 Há três tipos de tipos de forças atrativas entre moléculasmoléculas neutrasneutras:
dispersão de London;dipolo-dipolo;ligação de Hidrogênio.
InteraçõesInterações IntermolecularesIntermoleculares
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Essas três são também chamadas de forçasforças dede vanvan derder WaalsWaals.
 Outro tipo de força de atração, a íon-dipolo, é importante quando setrata de soluções.
 Os vários tipos deforças intermolecularessão listados ao lado,envolvendo interações
InteraçõesInterações IntermolecularesIntermoleculares
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são listados ao lado,envolvendo interaçõesentre íonsíons ee moléculasmoléculaspolarespolares, entre moléculasmoléculaspolarespolares e entre moléculasnas quais oo dipolodipolo podepodeserser induzidoinduzido ouou criadocriado.
InteraçãoInteração íoníon--dipolodipolo
 O compartilhamento desigual dos elétrons entre os elementos emuma ligação química resulta em umum momentomomento dede dipolodipolopermanentepermanente (()).
 Em uma molécula polar, a densidade de elétrons acumula-se deum lado da molécula, dando a esse lado uma densidade de carga
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um lado da molécula, dando a esse lado uma densidade de carganegativa -, e deixando o outro lado com uma densidade de cargapositiva +.
+ -

 Uma vez que as moléculasmoléculas polarespolares têm extremidadesextremidades negativanegativa eepositivapositiva, se uma molécula polar e um composto iônico foremmisturados, a extremidade negativa do dipolo será atraída para o cátionpositivo.
 De modo similar, a extremidade positiva do dipolo será atraída por umânion negativo.
InteraçãoInteração íoníon--dipolodipolo
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ânion negativo.
 Esse comportamento é particularmente importante em soluções desubstâncias iônicas em líquidos polares, como o NaCl em água.
Moléculas polares neutras, do mesmo tipo ou de um tipo diferente, seatraem quando a extremidade positiva de uma está próxima daextremidade negativa da outra.
Como as moléculas possuem dipolo, suas interações ocorrem por meiode atraçãoatração dipolodipolo--dipolodipolo.
InteraçãoInteração dipolodipolo--dipolodipolo
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Essas forças são efetivas somente quando moléculas polares estão muitopróximas e são, geralmente, mais fracas que as íon-dipolo.
 A interação dipolo-dipolo depende da orientação espacial dos dipolosinteragindo, isto é, do momento de dipolodipolo elétricoelétrico µµ.
InteraçãoInteração dipolodipolo--dipolodipolo
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 Todas as moléculasmoléculas polarespolares exibem dipolos elétricos que são ditospermanentespermanentes.
 A magnitude do dipolo molecular nos fornece uma medida dapolaridadepolaridade dada moléculamolécula, logo, moléculas mais polarespolares apresentammaiores dipolos elétricos; moléculas com dipolo elétrico muito baixo ouzero são ditas apolaresapolares.
InteraçãoInteração dipolodipolo--dipolodipolo
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(a) Interação eletrostática entre duas moléculas polares. (b) Interação entre muitos dipolos em líquidos.
InteraçãoInteração dipolodipolo--dipolodipolo
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 Quando analisamos vários líquidos, notamos que, para moléculas de massas etamanhos aproximadamente iguais, aa forçaforça dasdas atraçõesatrações intermolecularesintermolecularesaumentaaumenta comcom oo aumentoaumento dada polaridadepolaridade (momento(momento dede dipolo),dipolo), resultando,resultando,porpor exemplo,exemplo, nono aumentoaumento nono pontoponto dede ebuliçãoebulição (p(p..ee..))..
 Quanto maiores as forças de atração entre moléculas em um líquido, maiorserá a energia que deve ser fornecida para separá-las.
 Assim, compostos polares apresentam valores de p.e. mais altos do quecompostos apolares com massas molares semelhantes.
 À medida que a temperatura de um líquido aumenta suasmoléculas ganham energia cinética. Então, quando o p.e. éatingido, as moléculas têm energia cinética suficiente para escaparàs forças de atração de suas vizinhas. QuantoQuanto maioresmaiores asas forçasforças dedeatração,atração, maiormaior seráserá oo pontoponto dede ebuliçãoebulição..
InteraçãoInteração dipolodipolo--dipolodipolo
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atração,atração, maiormaior seráserá oo pontoponto dede ebuliçãoebulição..
 Em suma, o ponto de ebulição (p.e.) de um líquido estárelacionado à força das atrações intermoleculares.
Moléculas polares como água podem induzirinduzir, ou criar, um dipolo emmoléculas que não apresentam dipolo permanente.
 No exemplo abaixo temos uma molécula de água (polar) seaproximando de uma molécula apolar como O2.
InteraçãoInteração dipolodipolo--dipolodipolo induzidoinduzido
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InteraçãoInteração dipolodipolo--dipolodipolo induzidoinduzido
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 A nuvem eletrônica da molécula isolada de O2 é simetricamentedistribuída ao redor dos dois átomos de oxigênio.
 Quando a extremidade negativa da molécula de água se aproxima, anuvem eletrônica de O2 se torna distorcida.
InteraçãoInteração dipolodipolo--dipolodipolo induzidoinduzido
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 Nesse processo a própria molécula de O2, inicialmente apolar, torna-sepolar devido a um dipolo induzido, ou criado, na molécula de O2.
 O resultado é que as moléculas de H2O e O2 passam a ser atraídas umapela outra mesmo que fracamente.
 Por isso o O2 pode dissolver-se em H2O devido à força de atraçãoentreum dipolo permanente e um induzido.
 A força desta interação irá depender do momento de dipolo da primeiramolécula e da polarizabilidadepolarizabilidade da segunda.
 A polarizabilidadepolarizabilidade de uma molécula é uma grandeza física que indicacom que facilidade a densidade eletrônica da molécula pode serpolarizada, isto é, formar uma distribuição assimétrica de densidadeeletrônica (cargas) e, por conseguinte, ocorrer a formação de dipolos
InteraçãoInteração dipolodipolo--dipolodipolo induzidoinduzido
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eletrônica (cargas) e, por conseguinte, ocorrer a formação de dipolosinstantâneos na molécula.
 Na tabela abaixo são mostrados alguns hidrocarbonetos e a variação das suastemperaturas de ebulição em função do número de átomos de carbono.
 Estes compostos possuem somente ligações do tipo C-C e C-H.
Interação dipolo induzidoInteração dipolo induzido--dipolo induzido: dipolo induzido: Forças de Dispersão de LondonForças de Dispersão de London
Fórmula Fórmula Nome Ponto de Ponto de 
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Fórmula molecular Fórmula condensada Nome Ponto de fusão / °C Ponto de ebulição / °C
CH4
C2H6
C4H10
C7H16
C10H22
CH4
CH3CH3
CH3CH2CH2CH3
CH3(CH2)5CH3
CH3(CH2)8CH3
Metano
Etano
Butano
Heptano
Decano
-182
-183
–138
–91
–30
-164
-89
0
98
174
 Uma vez que a diferença entre as eletronegatividades dos átomos decarbono e hidrogênio é muito pequena, esses compostos são apolaresapolares..
Mas, como explicar a diferença drástica na temperatura de ebuliçãomostrada na tabela?
Interação dipolo induzidoInteração dipolo induzido--dipolo induzido: dipolo induzido: Forças de Dispersão de LondonForças de Dispersão de London
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 Como explicar ainda o fato de que o CH4 é um gás à temperaturaambiente e C7H16 é um líquido, sendo que a única diferença entre eles estáno número de átomos de carbono?
 A resposta, como era de se esperar, está no tipo de interaçãointermolecular presente nesses compostos.
 Quando compostos apolares interagem, ocontato de uma molécula com a outra faz comque apareçam forças do tipo dipolodipolo induzidoinduzido--dipolodipolo induzidoinduzido..
Interação dipolo induzidoInteração dipolo induzido--dipolo induzido: dipolo induzido: Forças de Dispersão de LondonForças de Dispersão de London
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 Isto é, a polarizabilidade das duas moléculasem contato é que irá determinar a força de talinteração.
 Uma molécula perturba a densidadeeletrônica da outra, fazendo aparecer dipolosdipolosmomentâneosmomentâneos que se orientam e originam estainteração fraca.
 Esta interação também é conhecida como forçasforças dede dispersãodispersão dedeLondonLondon, em homenagem a Fritz London, que as descobriu.
 Trata-se de uma interação muito fraca que está presente em todo tipode sistema molecular, mas torna-se aparente somente quando as outrasinterações intermoleculares não estão presentes, como no caso dos
Interação dipolo induzidoInteração dipolo induzido--dipolo induzido: dipolo induzido: Forças de Dispersão de LondonForças de Dispersão de London
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interações intermoleculares não estão presentes, como no caso doshidrocarbonetos.
 Apesar de ser uma interação fraca,possui um efeito cumulativo e variaproporcionalmente com o número decontatos moleculares presentes namolécula. Isto justifica então asinformações do gráfico ao lado.
Interação dipolo induzidoInteração dipolo induzido--dipolo induzido: dipolo induzido: Forças de Dispersão de LondonForças de Dispersão de London
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Duas representações esquemáticas dos dipolos instantâneos em átomos dehélio adjacentes, mostrando a atração eletrostática entre eles
 A geometriageometria molecularmolecular afeta aatração intermolecular.
 As moléculas de n-pentano fazem
Interação dipolo induzidoInteração dipolo induzido--dipolo induzido: dipolo induzido: Forças de Dispersão de LondonForças de Dispersão de London
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 As moléculas de n-pentano fazemmais contato entre si do que asmoléculas de neopentano.
 Portanto, o n-pentano tem asmaiores forças intermolecularesatrativas e, por isso, tem maiorponto de ebulição.
LigaçãoLigação dede HidrogênioHidrogênio
 Ligação de hidrogênio é um caso especial de forças dipolo-dipolo.
 Os pontos de ebulição em compostos com ligações H-F, H-O e H-N sãoanomalamente altos.
 Ou seja, há forças intermoleculares anomalamente fortes nesses compostos.
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 A ligação de H necessita de hidrogêniohidrogênio ligadoligado a um a um elementoelemento eletronegativoeletronegativo (é mais importante para compostos de F, O e N).
 Os elétrons na ligação H-X (X = elemento eletronegativo) encontram-se muitomais próximos do X do que do hidrogênio. Por usa vez, o H tem apenas um elétron, dessa forma, na ligação H-X, o H apresenta um próton quasedescoberto. Consequentemente, as ligações de H são fortes.
- A combinação de alta polaridade da ligação H-X e o contato muitopróximo resulta em uma interação particularmente forte.
- Na verdade, a interação é tão forte que é diferente das interações dipolo-
LigaçãoLigação dede HidrogênioHidrogênio
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- Na verdade, a interação é tão forte que é diferente das interações dipolo-dipolo convencionais, e recebe o nome especial de ligaçãoligação dede hidrogêniohidrogênio.
 As propriedades da água, álcoois, ácidos orgânicos, aminas e asmacromoléculas biológicas (proteínas, DNA e RNA) estão intimamenterelacionadas com a formação de ligações de hidrogênio.
LigaçãoLigação dede HidrogênioHidrogênio
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Exemplos de ligações de hidrogênio:
LigaçãoLigação dede HidrogênioHidrogênio
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LigaçãoLigação dede HidrogênioHidrogênio
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(a) A ligação de hidrogênio entre duas moléculas de água. As distâncias mostradassão as encontradas no gelo. (b) O arranjo das moléculas no gelo. Cada átomo de Hem uma molécula de H2O está orientado em direção a um par de elétrons não-liganteem uma molécula de H2O adjacente. Como resultado, o gelo tem arranjo hexagonalaberto das moléculas de H2O. (c) A forma hexagonal é característica de flocos de neve.
 O etanol, CH3CH2OH, e o éter dimetílico, CH3OCH3, têm a mesmafórmula, mas o arranjo de átomos é diferente (são isômeros). Qual dessescompostos tem o ponto de ebulição mais alto?
 Embora os dois compostos possuam massas idênticas, eles possuemestruturas diferentes.
LigaçãoLigação dede HidrogênioHidrogênio
3333
 O etanol, CH3CH2OH, possui um grupo O-H, e a ligação de hidrogênioentre moléculas de etanol dá uma contribuição importante às forçasintermoleculares.
 Por outro lado, o éter dimetílico, embora sendo uma molécula polar, nãoapresenta grupo O-H para efetuar ligações de hidrogênio.
LigaçãoLigação dede HidrogênioHidrogênio
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 Pode-se prever que as interações intermoleculares serão mais fortes noetanol do que no éter dimetílico, e que o etanol terá o ponto de ebuliçãomais alto.
 De fato, a 25 °C e 1 atm, o éter dimetílico é um gás e o etanol é umlíquido.
LigaçãoLigação dede HidrogênioHidrogênio
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ForçasForças IntermolecularesIntermoleculares
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1) Descreva quais forças intermoleculares devem ser rompidas para seconverter cada um dos compostos abaixo de um líquido para um gás.
(a) Br2(b) H2S
ExercícioExercício
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(b) H2S(c) NH3(d) CH3OH(e) NaBr...5H2O
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