Interações Intermoleculares e seus efeitos na Solubilidade entre as Substâncias

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INTRODUÇÃO
Solubilidade é a medida de capacidade de uma certa substância (soluto) se dissolver em outra substância (solvente). Normalmente, a solubilidade entre duas substâncias é determinada pelas interações moleculares, e pode ser expressa de diferentes maneiras, como em mols por litro, gramas por litro, ou em porcentagem de soluto/solvente. 
É importante e necessário observar que existe uma quantidade adequada de soluto que pode ser dissolvido no solvente, que pode variar de acordo com diferentes fatores, como a temperatura e a pressão, por exemplo (TRINDADE, 2003). 
Quando o limite de soluto é excedido, diz-se que a solução está saturada, ou seja, a mistura fica equilibrada. As forças intermoleculares também influenciam a solubilidade. Uma observação qualitativa em solubilidade é que “igual dissolve igual”. Moléculas polares provavelmente serão dissolvidas em um componente polar e moléculas apolares provavelmente serão dissolvidas em um componente apolar. Ou seja, é improvável que moléculas polares sejam dissolvidas em solventes apolares ou que moléculas apolares sejam dissolvidas em solventes polares, segundo KOTZ, 2010. 
As forças intermoleculares envolvem moléculas que são polares ou aquelas em que dipolos podem ser induzidos. As forças de dispersão de London são encontradas em todas as moléculas, tanto polares como apolares, mas as forças de dispersão são as únicas forças intermoleculares que permitem a interação entre moléculas apolares. Além do mais, vários tipos de forças intermoleculares podem atuar em um único tipo de molécula. Uma molécula muito grande, por exemplo, pode ter regiões polares e apolares. Em geral, a intensidade das forças intermoleculares segue uma ordem: Dipolo-dipolo (incluindo a ligação de H) > dipolo/dipolo induzido > dipolo induzido/dipolo induzido, Segundo, KOTZ, 2010.
OBJETIVO
Verificar a polaridade das moléculas e seu efeito nas solubilidades das substâncias.
PARTE EXPERIMENTAL
Material
• Água deionizada
• Hexano
• Etanol
• Cloreto de sódio
• Éter etílico
• Tolueno
• T-butanol
• N-butanol
• Iodo
• Permanganato de potássio
• Gasolina
• Pipetas 
• Pêra
• Béquer
• Tubo de ensaio
• Proveta
• Espátula
• NaCl
PROCEDIMENTOS REALIZADOS 
 VERIFICAÇÃO DA SOLUBILIDADE (SEMELHANÇAS) ENTRE SOLVENTES
A princípio, foram numerados 9 tubos de ensaio em ordem crescente, em seguida:
a) Foi numerado dois tubos de ensaio (1 e 2),ambos adicionou-se uma ponta de espátula de cloreto de sódio, em seguida adicionou-se 2 mL de água no tubo 1 e 2mL de etanol no tubo 2.Ambos foram agitados para que fosse analisada a solubilidade.
b) Foi numerado novamente dois tubos de ensaio (3 e 4),adicionou-se 2 mL de éter etílico em cada tubo, em seguida adicionou-se ao tubo 3, 1 mL de água e ao tubo 4 ,1 mL de hexano. Ambos foram agitados para que fosse analisada a solubilidade.
c) Nos tubos (5 e 6),adicionou-se 2 mL de tolueno em cada tubo,em seguida no tubo 5 adicionou-se 1 mL de água e ao tubo 6 ,2 mL de hexano. Ambos foram agitados para que fosse analisada a solubilidade.
d) Foi numerado também mais três tubos(7,8 e 9),em cada tubo adicionou-se 1 mL de água.Em seguida adicionou-se 2 mL de etanol no tubo 7, 2 ml de t-butanol no tubo 8 , e 2 mL de n-butanol no tubo 9. Ambos foram agitados para que fosse analisada a solubilidade.
IDENTIFICAÇÃO DAS FASES NO SISTEMA ÁGUA-ETANOL-GASOLINA
a) Adicionaram-se em 3 tubos de ensaio 3 mL de água, numeraram-se de 1 a 3, no tubo 2 adicionou-se uma pequena quantidade de iodo e ao tubo 3 uma pequena quantidade de permanganato de potássio. Fizeram-se as comparações e anoutou-se as observações.
b) Adicionaram-se em 3 tubos de ensaio 3 ml de gasolina, numeraram-se de 1 a 3, no tubo 2 adicionou-se uma pequena quantidade de iodo e ao tubo 3 uma pequena quantidade de permanganato de potássio. Fizeram-se as comparações e anoutou-se as observações.
c) Adicionaram-se em 3 tubos de ensaio 1,5 mL de água e 1,5 mL de gasolina, numeraram-se de 1 a 3, no tubo 2 adicionou-se uma pequena quantidade de iodo e ao tubo 3uma pequena quantidade de permanganato de potássio.
RESULTADOS E DISCUSSÕES
Misturamos diversas substâncias diferentes para verificar a solubilidade entre elas e identificar quais delas são polares e quais delas são apolares
	Tubos
	H2O + NaCl
	ETANOL + NaCl
	1
	Solúvel
	--
	2
	--
	Insolúvel 
A substancia iônica NaCl se dissolve com facilidade na água porque a interação atrativa entre os íons e as moléculas polares de H2O supera as forças que mantêm a rede cristalina do NaCl. Quando NaCl é adicionado à agua, a extremidade positiva do dipolo da água é orientada no sentido dos íons Cl-, e a extremidade negativa do dipolo da água é orientada no sentido dos íons Na+.
 As atrações íon-dipolo entre os íons e as moléculas de água são suficientemente fortes para puxar os íons de suas posições no cristal. Portanto há formação de solução quando as forças atrativas entre as partículas do soluto e do solvente têm a mesma ordem de grandeza que as forças existentes entre as partículas do soluto e entre as do solvente.
O etanol é um solvente que tem uma polaridade bem menor do que a da água, e é por isso que o cloreto de sódio é pouco solúvel neste solvente.
O que torna uma substância solúvel em um solvente é sua compatibilidade com este, a regra geral é: solvente polar dissolve soluto polar e solvente apolar dissolve soluto apolar.
	Tubos
	Éter Etílico + H2O
	Éter Etílico + Hexano
	3
	Insolúvel
	--
	4
	--
	Solúvel
Quando duas substâncias apolares são misturadas, como no caso do hexano e do éter etílico, há solubilização de uma na outra em quaisquer proporções. As forças atrativas entre as moléculas, nas duas, são forças de dispersão de London. É razoável supor que as grandezas das forças atrativas entre as moléculas sejam comparáveis nas duas substâncias. Ao se misturarem, portanto, a variação de energia é pequena ou nula. Porém, o processo de solubilização é espontâneo e ocorre sem dispêndio de energia externa ao sistema. O éter é menos denso que a agua, por isso ficou na camada superior.
Diferente do experimento anterior, não ocorreu quebra de íons, apenas atração ou repulsão de substâncias, observamos que o éter etílico, que tem uma estrutura apolar, não dissolveu a água, que tem uma estrutura polar, mas dissolveu o hexano, que também tem uma estrutura apolar, sendo assim, o semelhante dissolveu o semelhante.  
	Tubos
	Tolueno + H2O
	Tolueno + Hexano
	5
	Insolúvel
	--
	6
	--
	Solúvel 
O tolueno tem interação intermolecular de dipolo induzido e é apolar. Ao ser adicionada a H2O, que é polar e faz ligação de hidrogênio, e o resultado foi que os elementos não se misturaram, não são solúveis, ficou claramente dividido por uma linha os limites de cada elemento. Esse resultado foi devido a polaridade das moléculas. A água, H2O, tem polos bem definidos (positivo nos hidrogênios, e negativo nos oxigênios. O Tolueno é fortemente apolar (suas ligações ocorrem, basicamente, entre Carbono e Hidrogênio). Devido a essa falta de afinidade, água e o tolueno não se misturam
Na mistura Tolueno mais Hexano que é apolar e que apresenta interação intermolecular de Van Der Waals, e o resultado foi que as substâncias se misturaram, ou seja, são solúveis, isso por que as ligações de hidrogênio serão rompidas para formar uma nova ligação entre o Tolueno e o Hexano.
Foi provada a teoria de que semelhante dissolve semelhante nos experimentos acima, isso por que os pólos das substancias envolvidas nos experimentos funcionam de modo a definir se eles vão ser atraídos e serão solúveis ou se serão repelidos e não ocorrer a solubilidade entre as substâncias.
	Tubos
	H2O + Etanol
	H2O + T-Butanol
	H2O + N-butanol
	7
	Solúvel 
	--
	--
	8
	--
	Solúvel
	--
	9
	--
	--
	Insolúvel
As moléculas de etanol podem formar ligações de hidrogênio com as moléculasde água, bem como umas com as outras. Como resultado, as forças soluto-soluto, solvente-solvente e soluto-solvente não são apreciavelmente diferentes dentro de uma mistura de etanol e água. Não há nenhuma alteração significativa no ambiente das moléculas ao serem misturadas. Portanto, o aumento na desordem acompanhando a mistura tem papel significativo na formação da solução. O etanol, dessa forma, é completamente miscível em água.
Na mistura água mais T-butanol, que é polar, e o resultado foi que as substancias se misturaram, isso devido a água, H2O, ter pólos bem definidos (positivo nos hidrogênios, e negativo nos oxigênios e o T-butanol também apresentar características semelhantes existiu a atração entre os pólos de cada substâncias.
No caso da água mais N-butanol, que é apolar e apresenta força intermoleculares de pontes de hidrogênio e o resultado foi que as substâncias não se misturaram, isso devido a água, H2O, tem pólos bem definidos (positivo nos hidrogênios, e negativo nos oxigênios) e o N-butanol não apresentar essa característica por ser um apolar não favorecendo a atração entre os pólos das substâncias. Devido a essa falta de afinidade, água e o N-butanol não se misturam.  A água é mais densa que o N-butanol.
Foi provada a teoria de que semelhante dissolve semelhante nos experimentos acima, isso por que os pólos das substancias envolvidas nos experimentos funcionam de modo a definir se eles serão atraídos e solúveis ou se serão repelidos e não ocorrer a solubilidade entre as substâncias.
IDENTIFICAÇÃO DE FASES NO SISTEMA AGUA-ETANOL-GASOLINA
Alguns testes forma feitos para verificar a solubilidade da gasolina e do etanol na água utilizando, o Iôdo, I 2 ( substância covalente apolar ) como indicador de polaridade.
	Tubos
	H2O +
	Resultado
	1
	
	Somente Água
	2
	Iodo
	Insolúvel
	3
	Permanganato de potássio
	Solúvel
No tubo de ensaio com água adicionou-se uma pequena quantidade de iodo, observou-se uma coloração amarela clara, a solução foi moderadamente solúvel, ocorrendo interações do tipo dípolo-induzido e ligações de H. 
No outro tubo de ensaio contendo água adicionou-se uma pequena quantidade de permanganato de potássio, observou-se uma coloração violeta escuro, ocorrendo interações do tipo dipolo-dipolo e ligações de H. A diretriz “igual dissolve igual” ou “semelhante dissolve semelhante” também se aplica a sólidos moleculares dissolvendo-se em líquidos. Sólidos orgânicos apolares se dissolvem rapidamente em solventes.
 O iodo, I2, um sólido apolar inorgânico, se dissolve em água até certo ponto, mas se houver opção, se dissolverá melhor em líquido apolar. Esta diretriz é menos efetiva, mas ainda útil, quando se considera sólidos iônicos. Portanto, pode-se prever que compostos iônicos, que podem ser considerados exemplos extremos de compostos polares, não se dissolverão em solventes apolares. Este fato é amplamente sustentado pela observação. O cloreto de sódio, por exemplo, não se dissolverá em líquidos, como o hexano, mas este composto iônico comum apresenta grande solubilidade em água. Muitos outros compostos iônicos são solúveis em água e outros não são solúveis.
	Tubos
	Gasolina +
	Resultado
	1
	
	Somente Gasolina
	2
	Iodo
	Solúvel
	3
	Permanganato de potássio
	Insolúvel
No primeiro tubo contendo gasolina adicionou-se uma pequena quantidade de iodo, verificando-se que o mesmo é solúvel em gasolina, apresentando uma coloração marrom escuro. No outro tubo contendo gasolina adicionou-se uma pequena quantidade de permanganato de potássio, verificando-se que o mesmo é solúvel em gasolina, apresentando uma coloração rósea claro.
 Verificou-se que nas duas substâncias acima que foram adicionadas a gasolina, ocorreram interações do tipo dipolo induzido. Duas moléculas apolares podem se atrair, lembrando que os elétrons em átomos ou moléculas estão em um estado de movimentação constante. 
Na média, suas nuvens eletrônicas são esféricas. Quando dois átomos ou moléculas apolares aproximam-se, entretanto, atrações ou repulsões entre seus elétrons e núcleos podem levar a distorção nas suas nuvens eletrônicas. Isto é, dipolos podem ser momentaneamente induzidos em átomos ou moléculas vizinhos, e esses dipolos induzidos levam a uma atração intermolecular. Assim, a força intermolecular de atração em líquidos e sólidos compostos de moléculas apolares é uma força de dipolo induzido/dipolo induzido ou força de London. 
O iodo, I2, é um solido e não um gás, nas condições de temperatura e pressão ambiente, comprovando que moléculas apolares devem também apresentar forças intermoleculares. Uma estimativa dessas forças é fornecida pela entalpia de vaporização da substancia em seu ponto de ebulição.
	Tubos
	H2O +
	Resultado
	1
	Gasolina
	Insolúvel
	2
	Gasolina + Iodo
	Insolúvel
	3
	Gasolina + Permanganato de potássio
	Solúvel em H2O, insolúvel em Gasolina
No primeiro tubo, verificou-se que a água e a gasolina são insolúveis, havendo formação de duas fases homogêneas, a gasolina ficou por cima com coloração rósea e agua ao fundo.
No segundo tubo adicionou-se uma pequena quantidade de iodo, verificou-se que a solução é insolúvel, formação de duas fases, como a gasolina é mais densa, majoritariamente o iodo dissolveu na gasolina por ser apolar, mas uma pequena parte foi dissolvida em H2O. 
No terceiro tubo adicionou-se uma pequena quantidade de permanganato de potássio, verificou-se que a solução é insolúvel, havendo formação deum sistema bifásico, com a predominância do permanganato de potássio na fase aquosa solubilizando com H2O, havendo interações do tipo íon-dipolo. Moléculas polares como a água pode induzir, ou criar, um dipolo em moléculas que não apresentam dipolo permanente. 
O processo de indução de um dipolo é denominado polarização, e a extensão com que a nuvem eletrônica de um átomo ou uma molécula pode ser distorcida para induzir um dipolo dependem da polarizabilidade do átomo ou da molécula. É difícil medir essa propriedade experimentalmente; entretanto, faz sentido que a nuvem eletrônica de um átomo ou molécula com nuvem eletrônica grande, possa ser polarizada, ou distorcida, mais facilmente que a nuvem eletrônica em um átomo ou molécula muito menor, em que os elétrons de valência estão próximos do núcleo e são mais fortemente retidos. 
Quanto maior a massa molar, maior a nuvem eletrônica e maior a polarizabilidade da molécula. Uma molécula polar, como a da água, pode induzir um dipolo no O2, apolar, pela distorção da nuvem eletrônica da molécula. O I2, apolar, dissolve-se em etanol (C3H5OH), polar.
CONCLUSÃO
Concluímos através dessa aula prática que podemos identificar as forças intermoleculares atuantes numa substância pela análise da composição e da estrutura da substância. As forças de dispersão atuam em todas as substâncias. O valor destas forças aumenta com o aumento do peso molecular e também depende das formasdas moléculas. As forças dipolo-dipolo atuam no mesmo sentido que as forças de dispersão e encontram-se nas substâncias de moléculas polares. As ligações hidrogênio, atuantes quando há átomos de H ligados e átomos de F, de O ou de N, também juntam seus efeitos aos das forças de dispersão. Em compostos iônicos, a ligação depende das forças eletrostáticas de atração entre íons com cargas opostas. De modo semelhante, as forças intermoleculares que atraem moléculas entre si são eletrostáticas. As moléculas podem ter ligações polares devido à diferença de eletronegatividade entre os átomos ligados. Dependendo da orientação dessas ligações polares, uma molécula inteira pode ser polar, tendo uma região carregada negativamente e outra positivamente. Interações entre moléculas polares podem ter grande efeito sobre as propriedades moleculares.
Vimos também que uma solução é uma mistura homogênea de duas ou mais substancias em uma única fase. O componente presente em maior quantidade é considerado o solvente e o outro componente é o soluto.REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
BROWN L. THEODORE, LEMAY H. EUGENE, BUSRTEN E. BRUCE. Química Ciência Central. 7ª ed. São Paulo – SP. Editora LTC, 2010.
KOTZ, C.J., TREICHEL, M.P., WEAVER. C.G. Química Geral e Reações Químicas. 6ª ed. São Paulo – SP. Editora Cengage Learning, 2010. 
TRINDADE F.D., OLIVEIRA F.P., BANUTH G.S.L., BISPO J.G. Química básica Experimental. 2ª ED. São Paulo – SP. Editora Ícone, 2003.
http://www.pt.webqc.org/balance.php
http://www.ebah.com.br/content/ABAAAAzO4AD/reacoes-com-metais.