Cap. 07 - Forças Intermoleculares e Sólidos

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FORÇAS INTERMOLECULARES 
INTRODUÇÃO 
• Os estados sólido e líquido são mais densos do que o estado gasoso. 
• O estado sólido e líquido apresentam densidades muito próximas 
o geralmente o estado sólido é um pouco mais denso 
§ exceção: o gelo é menos denso do que a água líquida 
• As moléculas no estado sólido e líquido estão em contato próximo uma com as outras, 
enquanto que as moléculas gasosas encontram-se distantes uma das outras. 
• As moléculas gasosas dispõem de total liberdade de movimentos. 
o Sua energia cinética supera as forças atrativas entre as moléculas; 
• As moléculas em um sólido ocupam posições fixas, elas não podem se deslocar. 
o embora vibrem, elas não possuem energia cinética suficiente para superar as 
forças atrativas; 
• As moléculas em um líquido dispõem de liberdade limitada - elas podem se mover um 
pouco dentro da estrutura do líquido 
o as moléculas apresentam energia cinética suficiente para superar algumas das 
forças atrativas, mas não o suficiente para se desligarem umas das outras. 
• As propriedades de sólidos, líquidos e gases pode ser explicada com base na energia 
cinética das moléculas e as forças atrativas que atuam entre elas. 
• A energia cinética tenta fornecer liberdade de movimento às moléculas. 
o Graus de liberdade = translacional, rotacional, vibracional 
• Enquanto as forças atrativas tentam manter as moléculas unidas. 
• A energia cinética das moléculas depende da temperatura de acordo com a equação: 
Ec = 3
2
kT 
onde k é uma constante. 
 
TIPOS DE ATRAÇÕES INTERMOLECULARES 
• Atrações intramoleculares operam dentro de cada molécula, influenciando as 
propriedades das substâncias; 
• Atrações intermoleculares ocorrem devido à forças atrativas entre cargas opostas. 
o íon positivo com íon negativo; 
o polo positivo de uma molécula polar com o polo negativo de outra molécula polar; 
§ A ligação de hidrogênio é especialmente forte; 
o Mesmo moléculas apolares apresentará cargas temporárias; 
• As forças intermoleculares incluem: 
o forças íon-dipolo; 
o forças de van der Waals 
§ forças dipolo-dipolo; 
• ligações de hidrogênio 
§ forças de dispersão de London. 
• Todas as forças intermoleculares são de origem eletrostática e resultam da atração mútua 
de cargas opostas ou da repulsão mútua de carga iguais 
o quanto maior a carga ⇒ mais forte a atração; 
o quanto maior a distância ⇒ mais fraca a atração; 
• As forças atrativas intermoleculares não são tão fortes quanto as intramoleculares, mas 
são fortes o suficiente para responder pela as propriedades 
físicas das substâncias. ligação covalente
(forte)
Atração intermolecular
(fraca)
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o Quanto mais forte as atrações entre átomos ou moléculas, mais energia será 
necessária para separá-las 
o Quanto maior o ponto de ebulição de um líquido, mais forte são as forças atrativas 
intermoleculares. 
§ Ferver um líquido requer que se forneça energia suficiente para as 
moléculas superarem as forças atrativas entre elas. 
 
ATRAÇÃO ÍON-DIPOLO 
• Em uma mistura, íons de um composto iônico são atraídos para os dipolos de moléculas 
polares; 
• A magnitude da interação depende das cargas do íon (z), da força do dipolo (µ), e do 
inverso da distância r entre o íon e o dipolo: 
E = zµ
r 2
 
• A força da atração íon-dipolo é um dos principais fatores que determinam a solubilidade de 
compostos iônicos em água. 
 
 
FORÇAS ATRATIVAS DIPOLO-DIPOLO 
• Uma molécula polar apresenta um dipolo permanente. 
o devido tanto à polaridade da ligação quanto à geometria (momento de dipolo). 
• O dipolo permanente contribui para as forças de atração entre as moléculas. 
• Forças dipolo-dipolo são atrações entre os dipolos permanentes das moléculas polares. 
o Estas forças podem ser atrativas ou repulsivas, dependendo de como as 
moléculas estão orientadas; 
 
• São relativamente fracas, ~3-4 kJ/mol, e só são significativas quando as moléculas estão 
muito próximas. 
• Quanto maior a polaridade da molécula, mais forte a interação dipolo-dipolo. 
Forças atrativas dipolo-dipolo Forças repulsivas dipolo-dipolo
(a) CH3CN sólido (b) CH3CN líquido
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LIGAÇÃO DE HIDROGÊNIO 
• Quando um átomo muito eletronegativo interage com o hidrogênio forma-se um caso 
particular da atração dipolo-dipolo, a ligação de hidrogênio; 
o Ocorre em interações do tipo O-H, N-H, ou F-H 
• Quando se forma a ligação de hidrogênio toda a densidade eletrônica é atraída pelo átomo 
mais eletronegativo; 
• Uma vez que o átomo de hidrogênio não tem outros elétrons, quando este perde o elétron 
o núcleo torna-se desprotegido; 
• o próton exposto atua com forte centro de carga positiva, atraindo todas as nuvens 
eletrônicas das moléculas vizinhas; 
• A diferença de eletronegatividade entre O, N, e F vs. H é tão grande que estas ligações 
são especialmente polares, e a atração entre as cargas parciais opostas é 
consideravelmente forte. 
 
 
 
o Ligações de hidrogênio podem apresentar energias de até 40 kJ/mol. 
Ligações de hidrogênio na água 
 
(a) ao redor de uma molécula (b) no sólido (c) no líquido 
Aumento da polaridade
Aumento da força de interação dipolo-dipolo
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• Ligações de hidrogênio são responsáveis pela o fato da água sólida adotar uma estrutura 
cristalina aberta, fazendo com que seja menos densa do que a estrutura em estado líquido, 
por isso o gelo flutua sobre a água. 
 
• Ligações de hidrogênio são responsáveis pelos altos pontos de ebulição da água, amônia 
e do fluoreto de hidrogênio. Estes compostos entram em ebulição a temperaturas 
superiores às esperadas para tais moléculas 
 
 
Porque o gelo 
flutua?
Por que está frio. O gelo quer 
se aquecer, assim ele busca 
a superfíciepara ficar mais
perto do calor 
do sol. 
Isso é 
verdade?
Procure 
e descubra!
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FORÇAS DE DISPERSÃO DE LONDON 
• Não é tão fácil de visualizar como as forças intermoleculares ocorrem entre 
moléculas apolares. 
• O benzeno, C6H6, tem momento de dipolo zero, mas exibe um certo tipo de 
interação entre as moléculas, pois ele funde a 5,5°C e entra em ebulição a 80,1°C. 
 
• Flutuações na distribuição eletrônica de átomos e moléculas resultam em 
um dipolo temporário; 
• As forças de dispersão de London são forças atrativas que se originam de 
dipolos instantâneos criados por movimentos aleatórios dos elétrons. 
o Para moléculas apolares, a distribuição de elétrons pela molécula é simétrica. 
o Para alguns modos vibracionais, a simetria da molécula é quebrada gerando 
modos assimétricos que resultam em momentos 
de dipolo instantâneos. 
§ Este dipolo induz um dipolo temporário 
em seus vizinhos. 
• Como resultado, desenvolvem-se fracas forças atrativas 
e estas moléculas são líquidos a temperatura ambiente 
ao invés de ser gasosos. 
• As forças de dispersão ocorrem entre todas as 
partículas, porém são as únicas forças que existem 
entre moléculas apolares;• à medida que um dipolo temporário é estabelecido em 
uma molécula, esta induz um dipolo em todas as 
moléculas vizinhas. 
• Forças de dispersão de London são geralmente fracas, 
com energias na faixa de 1-10 kJ/mol. 
• A magnitude das forças de dispersão em uma molécula depende de sua polarizabilidade, 
ou seja o quão fácil a sua nuvem eletrônica pode ser distorcida. 
 
• Quanto menor a molécula ou mais leve é o átomo, menos polarizável ele é e menor é a 
força de dispersão. 
o existem poucos elétrons e estes encontram-se fortemente ligados. 
• Quanto maior a molécula ou mais pesado o átomo mais polarizável ele é e maior é a 
força de dispersão. 
o existem muitos elétrons, sendo que alguns não estão tão ligados e encontram-se 
distantes do núcleo. 
• A geometria da molécula influencia as forças de dispersão de London. 
o Maior superfície de contato implica em maior dipolo induzido = mais fortes as 
atrações; 
• Quanto mais forte as forças atrativas entre as moléculas, maior será o ponto de ebulição. 
 
Composto Polarizabilidade,10-25 cm3
Massa molar,
u.m.a.
Ponto de ebulição,
K
• Não é tão fácil de visualizar como as forças 
intermoleculares ocorrem entre moléculas apolares.
• O benzeno, C6H6, tem momento de dipolo zero, mas exibe 
um certo tipo de interação entre as moléculas, pois ele 
funde a 5,5°C e entra em ebulição a 80,1°C.
Forças de dispersão de London
• As forças de dipersão de London são forças atrativas que 
se originam de dipolos instantâneos criados por 
movimentos aleatórios dos elétrons.
• Para a molécula apolar C6H6, a distribuição de elétrons 
pela molécula é simétrica.
• Para alguns modos vibracionais, a simetria da molécula é 
quebrada gerando modos assimétricos que resultam em 
momentos de dipolo instantâneos. Este dipolo induz um 
dipolo temporário em seus vizinhos.
• Como resultado, desenvolvem-se fracas forças atrativas e 
o benzeno é líquido a temperatura ambiente ao invés de 
ser gasosos.
Forças de dispersão de London
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ATRAÇÃO DIPOLO INDUZIDO 
1. Forças íon – dipolo induzido são forças atrativas 
que existem entre íons e moléculas não polares. 
2. Ao se aproximar de um íon isto induz um dipolo em 
uma molécula apolar, atraíndo-a para o íon. 
a. Estas forças são responsáveis pela atração entre as 
moléculas de Fe2+ e O2 na corrente sanguínea, e 
contribui para a solvatação dos íons em água. 
3. Forças dipolo – dipolo induzido são forças 
atrativas que existem entra moléculas polares e 
moléculas apolares. 
a. Estas forças são responsáveis pela solvatação de 
gases (não polares) na água (polar). 
 
CONSEQUÊNCIAS DAS FORÇAS INTERMOLECULARES 
O ESTADO LÍQUIDO 
Forças coesivas 
• As moléculas do estado líquido experimentam fortes forças atrativas intermoleculares; 
• Quando estas forças são entre moléculas do mesmo tipo, elas são chamadas de forças 
coesivas; 
• As moléculas de uma gota de água são mantidas juntas por forças coesivas, e as forças 
coesivas são especialmente fortes na superfície constituindo a tensão superficial (γ). 
• As moléculas situadas no interior do líquido são atraídas em todas as direções pelas 
moléculas vizinhas (a resultante das forças que atuam sobre cada molécula é praticamente 
nula). 
• As moléculas da superfície do líquido, sofrem apenas atração lateral e inferior. 
• Esta força para o lado e para baixo cria a tensão na superfície, que faz a mesma 
comportar-se como uma película elástica, tensão superficial (γ). 
Maior área
de interação
Menor área
de interação
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• A tensão superficial (γ) de um líquido é definida como a energia requerida para aumentar 
a área de uma superfície a um dado valor. 
• A tensão superficial (γ) é tipicamente medida em J/m2, a força em joules requerida para 
romper um filme de área 1 m. 
Você sabia??? 
1. Usa-se água quente para lavar por que sua tensão superficial é mais baixa e ela é um 
melhor agente de umedecimento; 
2. Barracas comuns são relativamente à prova d'água pois a tensão superficial faz uma ponte 
para os poros no material. Ao tocar o material da tenda com seus dedos, rompe-se o filme 
de água e a chuva irá atravessá-lo. 
3. A urina normal tem uma tensão superficial de cerca de 66 dinas/cm mas se a bílis está 
presente, ela cai para abaixo de 55 dinas/cm. No teste Hay (um teste para icterícia), 
enxofre em pó é espalhado na superfície da urina. Ele flutuará na urina normal, mas 
afundará se a tensão superficial é abaixada pela bílis. 
 
• Os tensoativos, também conhecidos como surfactantes (detergentes e sabões), são 
usualmente soluções de tensão superficial baixas. 
• Atuam rompendo as ligações de hidrogênio na superfície da água aumentando a sua 
habilidade de molhar outras substâncias (molhabilidade). 
 
• As moléculas de surfatantes apresentam um cabeça hidrofílica (polar/iônica) e uma cauda 
hidrofóbica (apolar); 
o Uma parte da molécula é atraída pela água, mas a maior parte dela não é; 
• A cauda apolar tende a coagular para formar um estrutura esférica chamada de micela; 
• A maioria das sujeiras e graxas são moléculas apolares – difíceis de se remover com água; 
• As moléculas do surfatante formam micelas ao redor das partículas de óleo com a parte 
polar apontada para fora; 
Superfície
Interior
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• Deste modo a micela é atraída pela água e permanece suspensa; 
 
• Já a viscosidade representa uma medida da resistência de um líquido ao 
escoamento; 
• Está relacionada com a facilidade com que as moléculas movem-se em 
um líquido ou seja, com as forças intermoleculares presentes. 
o Quanto mais fortes as forças intermoleculares de atração, a maior 
viscosidade. 
• Quando um líquido escoa, uma porção do líquido se move com relação às 
porções vizinhas. 
o As forças coesivas dentro do líquido criam um atrito interno, o que 
reduz a velocidade de escoamento. 
• Substâncias compostas de moléculas pequenas e não polares tais como o 
pentano e benzeno, têm baixa viscosidade (forças atrativas fracas); 
 
• Substâncias compostas de moléculas polares tais como o glicerol, tem alta viscosidade 
(altas forças atrativas); 
o A viscosidade de um líquido varia inversamente com a temperatura. 
 
 
 
caudas apolares
cabeça 
iônica
água
Viscosidade de uma série de hidrocarbonetos a 20 oC
Substância Fórmula Viscosidade (kg/m-s)
cabeça 
polar/iônica
Estearato de sódio
cauda apolar
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Forças adesivas 
• Quando as forças atrativas são entre moléculas diferentes, elas são chamadas de forças 
adesivas. 
• As forças adesivas entre as moléculas de água e as paredes de um tubo de vidro são mais 
fortes que as forças coesivas levando a um menisco curvado para cima nas paredes do 
vaso e contribui para a ação capilar. 
• Ação capilar é a habilidade de um líquido em subir um tubo fino contra a influência da 
gravidade; 
o Quanto mais estreito for o tubo, mais alto o líquido sobre; 
 
 
 
 
• A ação capilar é o resultado de forças coesivas e adesivas trabalhandoem conjunto; 
Ex: 
A elevação da água em um tubo capilar é uma prova da tensão superficial. A força que atua para 
cima sobre a água que molha a superfície do capilar é dada por 2γπr onde γ é a tensão superficial. 
A força que atua pra baixo sobre a água é dada por m.g, em que m é a massa e kg é a aceleração 
da gravidade. A massa m é dada por πr2hρ, onde h é a altura da elevação capilar e ρ é a 
densidade da água. No equilíbrio, estas duas forças são iguais. Sabendo disso calcule a elevação 
capilar da água quando se eleva em um tubo capilar com 0,02 cm de diâmetro. 
(Dados: γágua = 7,29 x10-2 N/m; g = 9,8 m/s2; ρágua = 0,999 g/cm3) 
 
O menisco no mercúrio tem forma de 
domo pois as forças coesivas entre 
os átomos de mercúrio são mais 
fortes do que as forças adesivas 
entre o mercúrio e o vidro.
O menisco na água tem forma de U 
pois as forças adesivas entre a água e 
o vidro são mais fortes do que as 
forças coesivas entre as moléculas de 
água.
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Resolução: 
 
A altura h a qual a ação capilar erguerá a água depende do peso de água 
que a tensão superficial erguerá: 
2γπr = πr 2ρgh 
A altura para qual o líquido pode ser erguido é dada por: 
 h = 2γ
ρrg
⇔ h = 2(7,29.10
−2(kg.m.s−2). m)
(999kg. m−3)(10−4m)(9,8m.s−2)
= 1,458.10
−1kg.s−2
9,8.10−1kg.m−1.s−2
= 1,48.10−1m 
 
LÓGICA UTILIZADA NA DETERMINAÇÃO DAS FORÇAS INTERMOLECULARES 
 
 	
  	
  	
  	
  
Existem
íon
presentes?
Existem moléculas 
polares presentes?
Existem moléculas 
polares presentes?
existem átomos de H
 ligados a átomos 
de N, O e F?
Forças 
de dispersão 
de London
Forças 
dipolo-dipolo
Ligações de 
hidrogênio
Forças
íon-dipolo
Ligações
iônicas
Sim
Sim
Sim
Sim
Não
Não
Não
Não
Forças de Van der Waals
Aumento da força de interação