Forças Intermoleculares e propriedades físicas

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Equilíbrio Químico 17/10/2012
Janaína Heberle Bortoluzzi 1
FORÇAS INTERMOLECULARES E FORÇAS INTERMOLECULARES E 
PROPRIEDADES FÍSICASPROPRIEDADES FÍSICAS
Janaína Heberle BortoluzziJanaína Heberle BortoluzziJanaína Heberle BortoluzziJanaína Heberle Bortoluzzi
Janaína Heberle Bortoluzzi
Forças Intermoleculares e propriedades físicas
Plano de 
Aula
♣ Estados da matéria e a teoria cinético-molecular;
F I t l l♣ Forças Intermoleculares;
♣ A Ligação de Hidrogênio;
♣ Resumo das forças intermoleculares;
♣ As propriedades dos líquidos;
♣ Química do estado sólido: Metais;
Objetivos
♣ Estrutura e fórmulas dos sólidos iônicos;
♣ Outros tipos de materiais sólidos;
♣ As propriedades físicas dos sólidos.
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Plano de 
Aula
♣ ATKINS P ; JONES L Princípios de Química – Questionando a Vida
Bibliografia
Forças Intermoleculares e propriedades físicas
♣ ATKINS, P.; JONES, L. Princípios de Química Questionando a Vida
Moderna e o Meio Ambiente. 2006. Editora Bookman, Porto Alegre-RS, 965
pag.
♣ SOUZA, E de. Fundamentos de Termodinâmica e Cinética Química. 2005.
Editora UFMG, Belo Horizonte-MG, 341 pag.
♣ BRADY, J.E.; SENESE, F. Química a Matéria e suas Transformações. 2009.
Editora LTC Rio de Janeiro-RJ v 2 455 pagEditora LTC, Rio de Janeiro RJ, v.2, 455 pag.
♣ MASTERTON, W.L.; SLOWINSKI, E.J.; STANITSKI, C.L. Princípios de
Química. 1990. Editora LTC, Rio de Janeiro-RJ, 681 pag.
♣ KOTZ, J.C.; TREICHEL, P.M.; WEAVER, G.C. Química Geral e Reações
Químicas. 2009. Editora CENCAGE Learning, São Paulo–SP, v1 CAP13.
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Estados da matéria e a Teoria Cinético-Molecular
Moléculas ou átomos de gases são separados por grande d;
São consideradas independentes umas das outras;
Gases ideiais ( PV nRT
Forças Intermoleculares e propriedades físicas
Gases ideiais ( PV = nRT
Líquidos e sólidos
( / Mais complexos;
Moléculas e átomos mais próximos 
Ä forças de atração;
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300 mL Gás 200.000 mL = 200 L
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Estados da matéria e a Teoria Cinético-Molecular
Forças Intermoleculares e propriedades físicas
Líquidos e sólidosÄ Moléculas e átomos mais próximos 
Praticamente 
mesmo volume
Átomos no líquido 
praticamente tão 
compactos quanto 
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no sólido
Sólidos e líquidos x falta de compressibilidade
Estados da matéria e a Teoria Cinético-Molecular
Forças Intermoleculares e propriedades físicas
GásÄ Força entre as moléculas não são intensas 
(ficam afastadas)
Sólidos iônicos x íons + e – mantidos por atração eletrostática
Líquido e sólidoÄ Força entre as moléculas intensa
(partículas unidas, limitam seu movimento)
Sólidos e líquidos moleculares x forças intermoleculares
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Sólidos e líquidos moleculares x forças intermoleculares
Atração eletrostática (sólidos iônicos) x 700 a 1.100 kJ/mol
Energia de ligação covalente x 100 a 400 kJ/mol
Forças Intermoleculares x 15% (ou menos) da E de uma ligação covalente
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Estados da matéria e a Teoria Cinético-Molecular
Forças Intermoleculares e propriedades físicas
Energia de ligação (kJ/mol)
Mais fácil 
de romper 
do que H-H
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Ligação muito 
forte
Forças Intermoleculares
Forças Intermoleculares e propriedades físicas
Influenciam diretamente:
¨ Propriedades como Pf e Peb;¨ Propriedades como Pf e Peb;
¨ Solubilidade de gases, líquidos 
e sólidos;
¨ Determinação de estruturas 
de moléculas biologicamente 
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g
importantes, como DNA e 
proteínas.
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Forças Intermoleculares
Forças Intermoleculares e propriedades físicas
Interações entre íons e moléculas com um dipolo permanente
Dipolo permanente
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Forças Intermoleculares
Forças Intermoleculares e propriedades físicas
Interações entre íons e moléculas com um dipolo permanente
Atração íon-dipolo pode ser avaliada como atração entre cargas
¨ Lei de Coulomb, logo depende de:
( distância entre o íon e o dipolo; ( carga do íon;
( magnitude do dipolo.
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Forças Intermoleculares
Forças Intermoleculares e propriedades físicas
Interações entre íons e moléculas com um dipolo permanente
NaCl (composto iônico) em H2O
Energia de solvatação ou entalpia de hidratação
Na+ (g) + xH2O (l) → [Na(H2O)x]+ (aq) (x provavelmente =6) ∆H = -
405kJ
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H+ ∆Hhid = - 1.090 kJ/mol
H+ ( minúsculoDiminui
Forças Intermoleculares
Forças Intermoleculares e propriedades físicas
Interações entre íons e moléculas com um dipolo permanente
EXEMPLO
Explique por que a energia de hidratação do Na+
(- 405 kJ/mol) é pouco mais exotérmica que a do Cs+
(- 263 kJ/mol), ao passo que a do Mg2+ é muito mais
exotérmica (- 1.922 kJ/mol) que a do Na+ e do Cs+.
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ExercíciosExercícios
Qual deve ter a energia de hidratação mais
negativa F- ou Cl-?
Forças Intermoleculares e propriedades físicas
negativa, F ou Cl ?
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Forças Intermoleculares
Forças Intermoleculares e propriedades físicas
Interações entre moléculas com dipolos permanentes
� atração dipolo-dipolo
Influência na evaporação de um líquido e na condensação de um gás
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Forças Intermoleculares
Forças Intermoleculares e propriedades físicas
Interações entre moléculas com dipolos permanentes
Influência no Peb de um líquido;Influência no Peb de um líquido;
Polar (maior força de atração) Peb �
Janaína Heberle Bortoluzzi
Forças Intermoleculares
Forças Intermoleculares e propriedades físicas
Interações entre moléculas com dipolos permanentes
� atração dipolo-dipolo
Influênciam na solubilidade ¨ “Semelhante dissolve semelhante”“Semelhante dissolve semelhante”
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H2O H2O
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Forças Intermoleculares
Forças Intermoleculares e propriedades físicas
Interações entre moléculas apolares
Exemplo:
O2, N2 e os halogênios são apolares, como dissolvê-los em H2O polar???
Forças Dipolo Forças Dipolo –– Dipolo induzidoDipolo induzido
Dipolo
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H2O
O2
Dipolo induzido
Forças Intermoleculares
Forças Intermoleculares e propriedades físicas
Interações entre moléculas apolares
Forças Dipolo Forças Dipolo –– Dipolo induzidoDipolo induzido
O processo de indução do dipolo é 
denominado polarização e depende da 
polarizabilidade do átomo ou molécula
Qto > MM > nuvem eletrônica e > 
polarizabilidade da molécula
� MM
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polarizabilidade da molécula
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Forças Intermoleculares
Forças Intermoleculares e propriedades físicas
Interações entre moléculas apolares
Forças Dipolo Forças Dipolo –– Dipolo induzidoDipolo induzido
etanol
Qto > MM > nuvem eletrônica e > polarizabilidade da molécula
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I2
Forças Intermoleculares
Forças Intermoleculares e propriedades físicas
Interações entre moléculas apolares
Forças de dispersão de London: Dipolo induzido Forças de dispersão de London: Dipolo induzido –– Dipolo induzidoDipolo induzido
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Forças IntermolecularesForças Intermoleculares e propriedades físicas
Interações entre moléculas apolares
Forças de dispersão de London: Dipolo induzido Forças de dispersão de London: Dipolo induzido –– Dipolo induzidoDipolo induzido
forte
fraca
Janaína Heberle BortoluzziLíquido Sólido
fraca forte
Forças Intermoleculares
Forças Intermoleculares e propriedades físicas
Interações entre moléculas apolares
Forças de dispersão de London: Dipolo induzido Forças de dispersão de London: Dipolo induzido –– Dipolo induzidoDipolo induzido
EXEMPLO
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ExercíciosExercícios
Você mistura água, CCl4 e hexano. Que tipos de
forças intermoleculares pode existir entre
Forças Intermoleculares e propriedades físicas
forças intermoleculares pode existir entre
cada par destes compostos? Se você misturar
estes três líquidos, descreva o que poderia
observar.
Janaína Heberle Bortoluzzi
A ligação de Hidrogênio
Forças Intermoleculares e propriedades físicas
FF--H OH O--H e NH e N--H H ¨¨ propriedades execpcionaispropriedades execpcionais
Peb � com MMExceçãoPeb � com MM
Fortes atrações intermoleculares
Ligação de hidrogênio!!!Ligação de hidrogênio!!!
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A ligação de Hidrogênio
Forças Intermoleculares e propriedades físicas
FF--H OH O--H e NH e N--H H ¨¨ propriedades execpcionaispropriedades execpcionais
X e Y ¨ elementos altamente eletronegativos
Y ¨ par de e- isolados
Janaína Heberle Bortoluzzi
p
Eletronegatividades: N (3,0), O (3,5) e F (4,0)
Logo são moléculas altamente polares
A ligação de Hidrogênio
Forças Intermoleculares e propriedades físicas
Tipos de ligação de HidrogênioTipos de ligação de Hidrogênio
� Energias associadas entre 5 e 30 kJ/mol
Á
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Ácido acético no estado sólido
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EXEMPLOEXEMPLO
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O etanol, CH3CH2OH, e o éter dimetílico, CH3OCH3, têm a mesma
fórmula, mas um arranjo de átomos diferente (isômeros). Qual
d st s st s t t d b li ã is lt ?
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destes compostos tem o ponto de ebulição mais alto?
Etanol ¨ 78,3 °C Éter dimetílico ¨ - 24,8 °C
ExercíciosExercícios
Usando fórmulas estruturais, descreva a
ligação de hidrogênio entre moléculas de
Forças Intermoleculares e propriedades físicas
ligação de hidrogênio entre moléculas de
metanol, CH3OH. Que propriedades físicas vão
ser afetadas por ligações de hidrogênio?
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Propriedades incomuns da água
A ligação de Hidrogênio
Espaços vaziosEspaços vazios
dgelo 10% < dágua líquida
Ligação de H
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2 pares de e- isolados, 
formam 2 lig. de H
incomum H2O Arranjo 
tetraédrico
Forças Intermoleculares e propriedades físicas
Propriedades incomuns da água
A ligação de Hidrogênio
Forma hexagonal, característica 
Gelo
g
de flocos de neve
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Forças Intermoleculares e propriedades físicas
Propriedades incomuns da água
A ligação de Hidrogênio
dgelo 10% < dágua líquida
Espaços vaziosEspaços vazios Gelo flutuando
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Forças Intermoleculares e propriedades físicas
Propriedades incomuns da água
A ligação de Hidrogênio
Hidrato de metanoHidrato de metano
metano
Hidrato sólido
Essa interessante substância pode 
ser encontrada em imensos 
depósitos localizados a centenas 
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d pó o o a ado a a
de metros abaixo do solo do 
oceano. Quando uma amostra 
chega a superfície, o metano é 
liberado do sólido, e o gás 
imediatamente queima, à medida 
que escapa do hidrato sólido.
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Forças Intermoleculares e propriedades físicas
Propriedades incomuns da água
A ligação de Hidrogênio
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Forças Intermoleculares e propriedades físicas
Resumo das forças intermoleculares
A ligação de Hidrogênio
H2O
polaresapolares
Altamente 
polar
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Forças Intermoleculares e propriedades físicas
Resumo das forças intermoleculares
A ligação de Hidrogênio
Tipo de interação Fatores responsáveis pela interação Energia 
aproximada
Exemplo
aproximada
(kJ/mol)
Íon-dipolo Carga do íon, magnitude do dipolo 40-600 Na+…H2O
Dipolo-dipolo Momento dipolar (depende das 
eletronegatividades dos átomos e da 
estrutura molecular)
20-30 H2O
Ligação de H Ligação X—H muito polar (onde 
X=F,N,O) e o átomo Y com um par de 
e isolado Uma forma extrema de
5-30 H2O…H2O
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e- isolado. Uma forma extrema de 
interação dipolo-dipolo
Dipolo/dipolo 
induzido
Momento dipolar de uma molécula e 
polarizabilidade de uma molécula polar
2-10 H2O…I2
Dipolo induzido 
/dipolo induzido
polarizabilidade 0,05-40 I2…I2
EXEMPLOEXEMPLO
Decida quais são as forças intermoleculares mais importantes
envolvidas em cada um dos exemplos a seguir e coloque-as em
Forças Intermoleculares e propriedades físicas
envolvidas em cada um dos exemplos a seguir e coloque as em
ordem crescente de intensidade de interação:
a) Metano líquido, CH4; b) uma mistura de água e metanol, H2O e
CH3OH; c) uma solução de bromo em água.
CH lí B á H O CH OH
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CH4 líq. < Br2 em água < H2O e CH3OH
Dipolo induzido < dipolo-dipolo induzido < ponte de H 
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ExercícioExercício
Decida qual força intermolecular está envolvida em a) O2 líquido;
b) CH3OH líquido; c) O2 dissolvido em H2O Coloque as interações
Forças Intermoleculares e propriedades físicas
b) CH3OH líquido; c) O2 dissolvido em H2O. Coloque as interações
em ordem crescente de intensidade.
O2 líq. < O2 em água < CH3OH líq. < H2O com H2O
Janaína Heberle Bortoluzzi
Dipolo induzido < dipolo-dipolo induzido < dipolo-dipolo < ponte de H 
Forças Intermoleculares e propriedades físicas
Vaporização
As propriedades dos líquidos
Dentre os três estados da matéria é o mais complexo
E moléculas líquidas depende Emédia moléculas líquidas depende 
somente da T ¨ Ecinética
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Forças Intermoleculares e propriedades físicas
Vaporização
As propriedades dos líquidos
Dentre os três estados da matéria é o mais complexo
Líquido Vapor
Vaporização
energia térmica 
lib d l lí id
ΔHovap = calor molar da vaporização
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liberada pelo líquido
Condensação
energia térmica 
liberada pelo vapor
Vapor Líquido
Endotérmico
Exotérmico
Forças Intermoleculares e propriedades físicas
Pressão de Vapor
As propriedades dos líquidos
Pressão medida qdo líquido e vapor
estão em equilíbrio
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Equilíbrio dinâmico: Líquido Vapor
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Forças Intermoleculares e propriedades físicas
Pressão de Vapor
As propriedades dos líquidos
Janaína Heberle Bortoluzzi
Equilíbrio dinâmico: Líquido Vapor
Forças Intermoleculares e propriedades físicas
Pressão de Vapor
As propriedades dos líquidos
Pressão medida qdo líquido e vapor
estão em equilíbrio
Quanto > Pvapor a determinada T > volatilidade do compostoíquido e vapor
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Líquido e vapor
estão em
equilíbrio
H2O vapor
H2O líq.
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EXEMPLOEXEMPLO
Você coloca 2,0 L de água em seu quarto, que tem um volume de 4,25 x
104 L selando-o, e espera a água evaporar. Toda a água evaporará a 25°C?
(A 25°C a densidade da água é 0,997 g/mL e sua pressão de vapor é 23,8
Forças Intermoleculares e propriedades físicas
( g , g/ p p ,
mm Hg).
PV = nRT
P = 23,8 mm Hg x (1 atm/760 mm Hg) � P = 0,0313 atm
0,0313 atm x 4,25.104 L = n x 0,082057 L.atm.K-1.mol-1 x 298 K
n = 54,4 mol
Janaína Heberle Bortoluzzi
,
1 mol H2O = 18,02 g � 54,4 mol = x g H2O � 980 g H2O
980 g H2O – a 25°C dH2O = 0,997 g/mL
Logo 980 g H2O a 25°C é 983 mL H2O Metade do volume
ExercícioExercício
Se 0,50 g de água pura são selados em um frasco evacuado de 5,0 L, e o
conjunto todo é aquecido a 60°C, a pressão será igual ou maior do que a
pressão de vapor de equilíbrio da água nessa temperatura? E se você usar
Forças Intermoleculares e propriedades físicas
2,0 g de água? Nas duas condições, resta alguma água no frasco, ou toda
água se evapora?
Janaína Heberle Bortoluzzi
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Forças Intermoleculares e propriedades físicas
Pressão de Vapor, Entalpia de vaporização e a Equação de 
Clausius-Clapeyron
As propriedades dos líquidos
¨Pvapor para um líquido em uma série de T
Físico alemão Clausius e o francês Clapeyron
ln P = - (∆Hovapor/RT) + C
ln P x 1/T
Janaína Heberle Bortoluzzi
Onde R = constante do gás ideal
C = cte característica do composto
Forças Intermoleculares e propriedades físicas
Pressão de Vapor, Entalpia de vaporização e a Equação de 
Clausius-Clapeyron
As propriedades dos líquidos
ln P = - (∆Hovapor/RT) + C( vapor )
Coeficiente angular 
da reta
Janaína Heberle Bortoluzzi
da reta
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EXEMPLOEXEMPLO
O etileno glicol tem uma pressão de vapor de 14,9 mm Hg a 373 K e uma
pressão de vapor de 49,1 mm Hg a 398 K. Qual é a entalpia de vaporização
do etileno glicol?
Forças Intermoleculares e propriedades físicas
g
49,1 mm Hg ΔHovap 1 1
14,9 mm Hg 0,0083145 kJ/mol 373 K 398 K
ln ___________ = ________________ ______ - ______
ΔHovap = 59,0 kJ/mol
Janaína Heberle Bortoluzzi
ExercícioExercício
Calcule a entalpia de vaporização do éter dietílico. Esse composto
tem pressões de vapor de 57,0 mm de Hg e 534 mm de Hg, a -22,8 °C e
25,0 °C, respectivamente.
Forças Intermoleculares e propriedades físicas
∆Hovap = 29,1 kJ/mol
Janaína Heberle Bortoluzzi
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Forças Intermoleculares e propriedades físicas
Ponto de ebulição
As propriedades dos líquidos
Peb normal � T na qual a pressão de vapor eb q p p
= pressão externa
Se a P = 760 mm Hg ou 1 atm
Onde o local é mais alto como São 
Joaquim (SC) Gramado (RS) a pressão é 
Janaína Heberle Bortoluzzi
Joaquim (SC), Gramado (RS), a pressão é 
menor do que 1 atm, nestes casos por 
exemplo a água entra em ebulição a 95 °C.
Forças Intermoleculares e propriedades físicas
Temperatura e Pressão críticas
As propriedades dos líquidos
Pvap continua cresendo??
Janaína Heberle Bortoluzzi
Fluido supercrítico = como gás com 
densidade de líquido, mas viscosidade 
(capacidade de escoar) de gás
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Forças Intermoleculares e propriedades físicas
Temperatura e Pressão críticas
As propriedades dos líquidos
Aplicação de Fluidos supercríticos
CO2 usado para dissolver HC apolares, 
¨ exemplo cafeína do café
CO2 supercrítico fácil de obter 
¨ P = 72,8 atm e T = 30,99 °C
Janaína Heberle Bortoluzzi
Cromatografia com fluido supercrítico
H2O supercrítico, difícil de obter
¨ P = 217,7 atm e T = 374,0 °C
Aplicação de Fluidos supercríticos
Forças Intermoleculares e propriedades físicas
Temperatura e Pressão críticas
As propriedades dos líquidos
CO2 usado para dissolver HC apolares, 
¨ exemplo cafeína do café
Cromatografia com Cromatografia com 
fluido supercrítico
Janaína Heberle Bortoluzzi
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Forças Intermoleculares e propriedades físicas
Tensão Superficial, ação capilar e viscosidade
As propriedades dos líquidos
Superfície do líquido (pele)
Tensao superficial é a energia
necessária para atravessar esta
superfície
A f t t d lé l
Janaína Heberle Bortoluzzi
As forças que atuam nestas duas moléculas
são diferentes
É a tensão superficial que faz com que as
gotas de água sejam esferas e não
pequenos cubos.
Forças Intermoleculares e propriedades físicas
Tensão Superficial, ação capilar e viscosidade
As propriedades dos líquidos
Ação capilar é intimamente relacionado a tensão superficial
Cromatografia camada delgada 
Cromatografia em papel
Janaína Heberle Bortoluzzi
Moléculas de água polares são atraídas
pelas ligações –OH das fibras do papel
(força de adesão entre duas substâncias ≠)
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Forças Intermoleculares e propriedades físicas
Tensão Superficial, ação capilar e viscosidade
As propriedades dos líquidos
H2O menisco côncavo
Hg menisco convexo
Janaína Heberle Bortoluzzi
g
Não interage com SiOH do vidro
Forças Intermoleculares e propriedades físicas
Tensão Superficial, ação capilar e viscosidade
As propriedades dos líquidos
Viscosidade é a resistência ao escoamento
Qto maior a MM maior a 
viscosidade do líquido
Janaína Heberle Bortoluzzi
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ExercícioExercício
O glicerol é usado em cosméticos. Você espera que sua viscosidade
seja maior ou menor do que a viscosidade do álcool? Explique brevemente
Forças Intermoleculares e propriedades físicas
glicerol
Janaína Heberle Bortoluzzi
Forças Intermoleculares e propriedades físicas
Química do estado sólido: metais
Janaína Heberle Bortoluzzi
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Forças Intermoleculares e propriedades físicas
Química do estado sólido: metais
Estruturas e propriedades de vários tipos de substâncias sólidas
Sólido IônicoSólido Iônico
¨ NaCl, K2SO4, CaCl2, (NH4)3PO4
¨ Íons + e - , não há moléculas separadas
¨ Ligação iônica: atração eletrostática
¨Propriedades:
Janaína Heberle Bortoluzzi
Duro, quebradiço, alto Pf, baixa
condutividade elétrica no estado sólido,
boa no estado líquido, freqüentemente
solúvel em água.
Forças Intermoleculares e propriedades físicas
Química do estado sólido: metais
Estruturas e propriedades de vários tipos de substâncias sólidas
Sólido MetálicoSólido Metálico
¨ Fe, Ag, Cu, outros metais e ligas
¨ Átomos metálicos (íons metálicos + com e-
deslocalizados
¨ Ligação metálica: atração eletrostática entre íons metálicos e e-
i d d
Janaína Heberle Bortoluzzi
¨Propriedades:
Maleável, dúctil, boa condutividade elétrica
nos estados sólido e líquido, boa
condutividade térmica, grande variação de
dureza e Pf.
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Forças Intermoleculares e propriedades físicas
Química do estado sólido: metais
Estruturas e propriedades de vários tipos de substâncias sólidas
Sólido MolecularSólido Molecular
¨ H2, O2, I2, H2O, CO2, CH4, CH3OH, CH3CO2H
¨ Moléculas
¨ Forças de dispersão, dipolo-dipolo, ligações de H
i d d
Janaína Heberle Bortoluzzi
¨Propriedades:
Peb e Pf de moderados a baixos, macio,
baixa condutividade elétrica nos estados
sólido e líquido.I2
Forças Intermoleculares e propriedades físicas
Química do estado sólido: metais
Estruturas e propriedades de vários tipos de substâncias sólidas
Sólido ReticularSólido Reticular
¨ grafite, diamante, quartzo, feldspatos, mica
¨ Átomos presos em uma rede bi ou tridimensional infinita
¨ covalentes, ligações direcionais de pares de e-
i d d
Janaína Heberle Bortoluzzi
¨Propriedades:
Grande variação na dureza e Pf, baixa
condutividade elétrica com algumas
exceções.
Equilíbrio Químico 17/10/2012
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Forças Intermoleculares e propriedades físicas
Química do estado sólido: metais
Estruturas e propriedades de vários tipos de substâncias sólidas
Sólido AmorfoSólido Amorfo
¨ vidro, poli(etileno), náilon
¨ Redes ligadas covalentemente sem regularidade de longa
distância
¨ covalentes, ligações direcionais de pares de e-
i d d
Janaína Heberle Bortoluzzi
¨ Propriedades:
Não cristalino, grande variação na temperatura de
fusão, baixa condutividade elétrica com algumas
exceções.
Sólido Cristalino Sólido Cristalino 
Forças Intermoleculares e propriedades físicas
Química do estado sólido: metais
Estruturas e propriedades de vários tipos de substâncias sólidas
Sólido AmorfoSólido Amorfo
SiOSiO22
Janaína Heberle Bortoluzzi
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Forças Intermoleculares e propriedades físicas
Química do estado sólido: metais
Retículos Cristalinos e celas unitárias
¨No estado sólido os átomo, moléculas ou íons não podem se mover
Ocorre um padrão regular, repetitivo de átomo, moléculas ou íons
Sólido cristalino @ cela unitária
É a menor unidade de repetição que retém
todas as características de simetria do modo
1
2
3
paralelogramo
Janaína Heberle Bortoluzzi
como os átomos, íons ou moléculas são
arranjados no sólido.
Modelo bidimensional
2
1,2 e 3 ¨ cela unitária 
Reflete a estequiometria (1:1)
paralelogramo
Forças Intermoleculares e propriedades físicas
Química do estado sólido: metais
Retículos Cristalinos e celas unitárias
¨No estado sólido os átomo, moléculas ou íons não podem se mover
Ocorre um padrão regular, repetitivo de átomo, moléculas ou íons
paralelogramo
Janaína Heberle Bortoluzzi
paralelogramo
Célula unitária
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Forças Intermoleculares e propriedades físicas
Química do estado sólido: metais
Retículos Cristalinos e celas unitárias
¨ Sólido (retículo tridimensional) Os átomos ou íons estejam colocados nos pontos do retículo, ou seja, nos vértices do cuboj
A natureza utiliza sete células unitárias tridimensionais.A natureza utiliza sete células unitárias tridimensionais.
Janaína Heberle Bortoluzzi
1 tipo
Forças Intermoleculares e propriedades físicas
Química do estado sólido: metais
Retículos Cristalinos e celas unitárias
7 celas unitárias tridimensionais 7 celas unitárias tridimensionais XX Classe cúbica: Classe cúbica: três simetrias
Primitiva (sc) (bcc) (fcc)Primitiva (sc) (bcc) (fcc)
Partículas 
adicionais
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8 átomos, moléculas ou íons nos vértices cada
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Forças Intermoleculares e propriedades físicas
Química do estado sólido: metais
Retículos Cristalinos e celas unitárias
7 celas unitárias tridimensionais 7 celas unitárias tridimensionais XX Classe cúbica: Classe cúbica: três simetrias
Janaína Heberle Bortoluzzi
Forças Intermoleculares e propriedades físicas
Química do estado sólido: metais
Retículos Cristalinos e celas unitárias
7 celas unitárias tridimensionais 7 celas unitárias tridimensionais XX Classe cúbica: Classe cúbica: três simetrias
¨ Os metais podem adotar qualquer uma destas estruturas¨ Os metais podem adotar qualquer uma destas estruturas
Metais alcalinos – bbc
Ni, Cu, Al - fcc
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3 celas baseadas 
em cubos e uma 
hexagonal
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Forças Intermoleculares e propriedades físicas
Química do estado sólido: metais
Retículos Cristalinos e celas unitárias
XX Classe cúbicaClasse cúbica
¨ Os metais podem adotar qualquer uma destas estruturasp q q
Arranjo primitivo ou cúbico simples: 
possui um total de 1 átomo por cela unitária
(8 vértices de um cubo)(1/8 de cada átomo do vértice
dentro da cela unitária) = 1 átomo total por cela unitária
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Cubo de face centrada: possui um em cada uma das 6 faces do 
cubo, além dos átomos nos vértices do cubo. Metade de cada 
átomo em uma face pertence a determinada cela unitária
(6 faces de um cubo)(1/2 de cada átomo da face dentro da cela
unitária) = 3 átomos de face centrada totais por cela unitária
+ 1 oriundo dos átomos do vértice@ 4 átomos por cela unitária
Forças Intermoleculares e propriedades físicas
Química do estado sólido: metais
Retículos Cristalinos e celas unitárias
XX Classe cúbicaClasse cúbica
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Tipos de cela Átomos por 
célula unitária
Cúbica simples (sc) 1
Cúbica de corpo centrado (bcc) 2
Cúbica de face centrada (fcc) 4
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Forças Intermoleculares e propriedades físicas
Química do estado sólido: metais
Retículos Cristalinos e celas unitárias
Técnica experimental, cristalografia de raio X – determina a estrutura de
uma substância cristalina
Fonte de raio X
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Fonte de raio X
Forças Intermoleculares e propriedades físicas
Química do estado sólido: metais
Cristalografia de raio X
Fonte de raio X
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Fonte de raio X
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Forças Intermoleculares e propriedades físicas
Química do estado sólido
Sólidos Cristalinos
Fonte de raio X
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Fonte de raio X
Forças Intermoleculares e propriedades físicas
Química do estado sólido: Estruturas e Fórmulas dos 
sólidos iônicos
¨ Os retículos de muitos compostos iônicos são construídos tomando-se
um retículo cúbico simples ou cúbico de face centrada de íons esféricos ep
colocando-se os íons de carga oposto nos interstícios no interior do retículo.
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Cela unitária 
cúbica simples de 
íons Cl- com um íon 
Cs+ centrado
Cela unitária 
cúbica simples de 
íons Cs+ com um íon 
Cl- centrado
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Forças Intermoleculares e propriedades físicas
Química do estado sólido: Estruturas e Fórmulas dos 
sólidos iônicos
¨ Um retículo geralmente é construído a partir dos ânions maiores, e os
cátions menores são colocados nos interstícios do retículo
Exemplo: NaCl – Na+ (raio 98 pm) Cl- - (raio 181 pm)
Geometria octaédrica
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Forças Intermoleculares e propriedades físicas
Química do estado sólido: Estruturas e Fórmulas dos 
sólidos iônicos
Exemplo: NaCl – Na+ (raio 98 pm) Cl- - (raio 181 pm)
Qual a fórmula do NaCl?
1- conta-se o no cátions e ânions na cela unitária
Qual a fórmula do NaCl?
4 átomos Cl- na cela unitária + 
1 átomo centrado de Na+
2- além disso + 12 íons 
Na+ ao longo das arestas
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3- Cada íon Na+ é 
compartilhado por 4 
celas unitárias
(1 íon de Na+ no centro da cela unitária)+(1/4 íon de Na+ em cada aresta x 12 arestas) =
44 íonsíons NaNa++
44 íonsíons NaNa++ ++ 44 íonsíons ClCl-- ¨¨ celacela unitáriaunitária 11::11 ¨¨ NaClNaCl
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Forças Intermoleculares e propriedades físicas
Química do estado sólido: Estruturas e Fórmulas dos 
sólidos iônicos
Cela unitária cúbica de face centrada interstícios tetraédricos
ExemploExemplo::ZnSZnS
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8 interstícios tetraédricos
Forças Intermoleculares e propriedades físicas
Química do estado sólido: Estruturas e Fórmulas dos 
sólidos iônicos
Compostos com a fórmula MX geralmente formam 3 estruturas possíveis:
1 Íons Mn+ ocupando todos os interstícios cúbicos de um retículo cúbico1. Íons M ocupando todos os interstícios cúbicos de um retículo cúbico
simples de Xn-. Ex. CsCl
2. Íons Mn+ em todos os interstícios octaédricos em um retículo cúbico de
face centrada de Xn-. Ex. NaCl
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3. Íons Mn+ ocupando metade dos interstícios tetraédricos em um retículo
cúbico de face centrada de íons Xn-. Ex. ZnS
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Forças Intermoleculares e propriedades físicas
Outros tipos de materiais sólidos
Sólidos Moleculares
¨ Moléculas como H2O e CO2¨ Moléculas como H2O e CO2
¨ Modo como as moléculas se arranjam no retículo cristalino depende das
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j p
interações intermoleculares
Forças Intermoleculares e propriedades físicas
Outros tipos de materiais sólidos
Sólidos Reticulares
¨ Redes tridimensionais de átomos ligados covalentemente, Ex. alótropos
de carbono: grafite e diamante
Diamante Grafite
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Forças Intermoleculares e propriedades físicas
Outros tipos de materiais sólidos
Sólidos Reticulares
¨ Síntese de diamantes a partir de materiais contendo carbono, madeira e
manteiga de amendoim;
1) aquecer o grafite a 1.500 C na presença de Ni ou Fe pressão 65-90 kbar;
2) C dissolve-se no Me e forma lentamente diamantes
500500 milhõesmilhões dede dólaresdólares feitosfeitos anualmenteanualmente comcom istoisto
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Forças Intermoleculares e propriedades físicas
Outros tipos de materiais sólidos
Sólidos Reticulares
¨ Ex. silicatos, compostos com Si e O, areia, quartzo,
talco ou mica e constituinte majoritário em rochas,
granitos
¨ Maioria dos sólidos reticulares são duros e rígidos
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¨ Possuem elevados Pf e Peb
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Forças Intermoleculares e propriedades físicas
Outros tipos de materiais sólidos
Sólidos Amorfos
¨ Sólidos cristalinos puros – metais, sólidos iônicos e sólidos moleculares –p
fundem a uma temperatura específica
PfPf reprodutívelreprodutível ee específicoespecífico Pedaços de formatos aleatórios
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Forças Intermoleculares e propriedades físicas
Outros tipos de materiais sólidos
Sólidos Amorfos
¨ Sólidos amorfos– polímeros, ex. PE, náilon, etcp
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¨ Não apresentam uma estrutura regular
¨ Em muitos aspectos parecem com os líquidos, porém as forças de atração
são fortes o suficiente para que o movimento da molécula seja restrito.
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Forças Intermoleculares e propriedades físicas
As propriedades físicas dos sólidos
Fusão: Conversão de sólido em líquido
¨ Dureza, temperatura de fusão
Energia térmica absorvida na fusão = etalpia de fusão = ΔHofusão (kJ/mol)
Energia térmica liberada no congelamento = etalpia de cristalização
= - ΔHofusão (kJ/mol)
Metais
Tungstênio, Pf mais 
elevado
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Forças Intermoleculares e propriedades físicas
As propriedades físicas dos sólidos
Fusão: Conversão de sólido em líquido
Resumo:esumo
-Substâncias apolares – formam sólidos moleculares - Pf baixo
Pf 	 com MM
-Compostos iônicos – Pf > sólidos moleculares
Pf P com tamanho do íon, raio
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Forças Intermoleculares e propriedades físicas
As propriedades físicas dos sólidos
Sublimação: Conversão de sólido em vapor
SólidoSólido �� gásgás Energia térmica necessária = ΔHosublimação
Processo endotérmicoÁgua quente
Janaína Heberle BortoluzziExemplo: entalpia molar de sublimação da água = 51 kJ/mol
Forças Intermoleculares e propriedades físicas
Diagramas de fase
Água
Inclinação negativa
Pressão de vapor
Ponto triplo
P = 4,6 mm Hg 
Incl nação negat va
dgelo < dágua líquida
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, g
T = 0,01 °C