2a aula - QFL 2141 - Forças Intemolecualres (13-05-2013)

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FORÇAS INTERMOLECULARES
São as forças atrativas que existem entre entre moléculas ou entre íons e moléculas. Sem estas interações todas as substâncias seriam gases ideais
Uma fase condensada significa uma fase sólida ou líquida
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TIPOS DE INTERAÇÕES INTERMOLECULARES
As energias de ligações covalentes são de 100-400 kJ/mol e as iônicas de várias centenas de kJ/mol.
 +
- +
- +
 
- +
- +
- +
- +
 
- +
 
Tipo de interação
Íon
Dipolo
Dipolo
Dipolo
Dipolo
Dipolo induzido
Dipolo induzido
Dipolo induzido
Fatores
E aprox. (kJ/mol)
Carga Iônica, momento de dipolo
Momento de dipolo
Momento de dipolo polarizabilidade
Polarizabilidade
40-600
5-25
2-10
0,05-40
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Interações Ion-Ion 
Na+—Cl- 
As interações íon-íon são as mais fortes. 
- Os sólidos têm altos PF.
NaCl, PF = 800 oC
MgO, PF = 2800 oC
A energia potencial (V) da interação de Coulomb entre duas cargas q1 e q2 separada por uma distância r vem dado por: 
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Quando a ligação covalente mantém uma molécula unida - força intramolecular 
Quando uma substância entra em ebulição ou fusão as interações intermoleculares são quebradas (não as ligações covalentes)
- Quando uma substância condensa forças intermoleculares são formadas
A energia potencial (V) da interação de Coulomb entre duas cargas q1 e q2 separada por uma distância r vem dado por: 
FORÇAS INTERMOLECULARES
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FORÇAS INTERMOLECULARES
- A atração entre moléculas é uma força intermolecular
- Forças INTERmoleculares são mais fracas do que as forças INTRAmoleculares
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Forças íon-dipolo permanentes
- Interação entre um íon (ex. Na+) e um dipolo (ex. H2O)
Molécula de H2O
Carga parcial negativa no oxigênio
Carga parcial positiva nos átomos de H 
Esta interação é característica de íons dissolvidos em solventes polares, tais como água e amônia líquida
Hidratação
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Atração entre íons e dipolos permanentes
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- É a mais forte de todas as forças intermoleculares
As forças íon-dipolo
z = é a magnitude da carga do íon (sem sinal)
 = é o momento de dipolo elétrico da molécula polar 
O sinal negativo significa que a energia potencial do íon é diminuída por interação com o solvente polar 
O fator 1/r2 significa que a interação íon-dipolo decresce mais drasticamente com a distância do que com a interação íon-íon – tem alcance menor
A interação íon-dipolo é muito mais fraca do que a íon-íon
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O tamanho do íon e sua carga controlam a extensão da hidratação 
Cátions pequenos atraem mais moléculas de H2O do que cátions maiores 
Li e Na (r: menores) - normalmente formam sais hidratados
K, Rb e Cs (r: maiores) – não formam
Sais de NH4+ (r = 143 pm) são normalmente anidros - r similar - Rb(r=149 pm)
Efeito da carga:
BaCl2·2H2O (r = 138 pm)
KCl (r = 136 pm)
Quanto maior a carga e menor o íon, maior a interação íon-dipolo
La(NO3) 3∙6H2O (r = 122 pm)
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- 1922
- 405
- 263
Atração entre Íons e Dipolos Permanentes
Cresce a força de atração
Hhid (kJ/mol)
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Forças dipolo-dipolo
Moléculas polares atraindo-se pela interação entre as cargas parciais de seus dipolos elétricos 
1 e 2 - são os momentos de dipolo elétrico da moléculas polares interagindo
Energia potencial resultante
r3 = 8 (r=2) - forte dependência com a distância – V cai muito mais rapidamente que a interação íon-íon ou íon-dipolo
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INTERAÇÕES DIPOLO-DIPOLO
Moléculas polares, da mesma espécie ou diferentes, podem interagir através da atração entre extremidades de cargas opostas, a extremidade “positiva” de uma delas é atraída pela extremidade “negativa” da outra.
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As forças dipolo-dipolo (gás)
Uma molécula polar rotando próxima a outra molécula polar passa mais tempo na orientação de menor energia, então a orientação resultante é atrativa 
Energia potencial varia com a sexta potência
r6 = 64 (r=2) 
Neste caso a interação dipolo-dipolo entre moléculas rotativas são importantes somente quando as moléculas estão muito próximas
Ex. clorometano, CH3Cl
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Interação Dipolo -Dipolo Induzido
Por que moléculas apolares (I2 e O2) dissolvem em água?
A molécula de água induz um dipolo na nuvem eletrônica da molécula de O2 (ou I2)
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 Dissolução de I2 em álcool, CH3CH2OH.
O etanol INDUZ um dipolo Instantâneo em I2
Forças Dipolo -Dipolo Induzido
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A Solubilidade aumenta com a massa de gás
Forças Dipolo -Dipolo Induzido
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Forças de London ou de dispersão
- Dipolo induzido-dipolo induzido
Uma flutuação na distribuição eletrônica em duas moléculas vizinhas resulta em dois momento de dipolo Elétrico Instantâneo que faz com se atraiam 
Moléculas apolares
A força da interação de London depende da polarizabildade () 
 - a facilidade com a qual a nuvem de elétrons pode ser deformada
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INTERAÇÕES DIPOLO INDUZIDO-DIPOLO INDUZIDO
(interações entre molécula apolares)
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Uma molécula grande com muitos elétrons é mais polarizável do uma molécula pequena com apenas alguns elétrons 
Ex. H2 tem 2 elétrons – interação fraca com outra molécula de H2 – condensa a baixa temperatura 20K (-253 oC)
F2 (gás) Cl2 (gás) Br2 (líquido) I2 ( sólido)
Número crescente de elétrons
Ebulição: CH4 (-161 oC) < CCl4 (77 oC) < CBr4 
 (Gás) (líquido) (sólido)
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FORÇAS ENVOLVENDO 
DIPOLOS INDUZIDOS
As forcas induzidas entre as moléculas de I2 são muito fracas, tanto que o I2 sólido sublima (sólido → gás).
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A magnitude do dipolo induzido depende da tendência de ser distorcido. 
Maior massa molecular → Maior dipolo induzido
 
	Molécula	 	Ponto de Ebulição (oC)
 	CH4 (metano) 		- 161.5
 	C2H6 (etano)			- 88.6 
 	C3H8 (propano) 		- 42.1
 	C4H10 (butano) 		- 0.5
FORÇAS ENVOLVENDO 
DIPOLOS INDUZIDOS
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PE de hidrocarbonetos
Relação linear entre o PE e a massa molar
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A interação de London também depende das formas das moléculas
Pentano (C5H12) 36 oC (forma de vara) interação mais forte
2,2-Dimetilpropano (C5H12) 10 oC (forma de esférica) interação mais fraca
cilíndricas 
O momento de dipolo instantâneo em duas moléculas
esféricas 
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Ligação de Hidrogênio
Uma forma especial de atração de dipolo-dipolo
Consiste de um átomo de H localizado entre dois átomos pequenos, altamente eletronegativo, com um par de elétrons isolados (N, O, F) 
É o tipo mais forte de força intermolecular
É mais forte quando o átomo de H está em linha reta entre dois átomos de O 
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Ligação de Hidrogênio entre Metanol e Água
-
+
-
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Ligação de H entre duas Moléculas de Metanol
Ligação de 
hidrogenio
-
+
-
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Ligação de H entre Amônia e água
-
+
-
Esta ligação de hidrogênio conduz a formação de NH4+ e OH-
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Pontos de ebulição de alguns compostos de hidrogênio
De um modo geral, os Pontos de Ebulição de compostos semelhantes aumentam com a massa molecular
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Ligação de H da H2O
 É especialmente forte na água:
A ligação O—H é muito polar
Existem 2 pares de elétrons isolados no átomo de O
Arranjo tetraedrico
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O gelo flutua sobre a água líquida - a densidade do estado sólido, na água, é menor do que no estado líquido.
 A organização reticular quase cristalina, com um maior espaço entre as moléculas, ou seja, uma menor densidade. 
A maioria das outras substâncias tem um maior grau de compactação - uma maior densidade - no estado sólido. 
Estrutura do Gelo (Ponte de H)
Densidade da água líquida é máxima a 4ºC. 
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Ligação de hidrogênio
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Portion of a DNA chain
Double helix of DNA
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Base-Pairing through H-Bonds