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INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DE PERNAMBUCO (CAMPUS RECIFE) CURSO TÉCNICO EM QUÍMICA - DISCIPLINA: QUÍMICA GERAL E INORGÂNICA PROFESSOR: JOSÉ BRITO NOME:_____________________________________________________________________ DATA:___/ ___/ ___ Forças Intermoleculares Em condições ambientes, os compostos iônicos são sólidos, devido às forças elétricas de atração entre seus cátions e ânions. Do mesmo modo, os metais são quase todos sólidos, devido à forte união que a ligação metálica exerce sobre seus átomos. Já as substâncias covalentes podem ser sólidas, líquidas ou gasosas. Isso prova que entre suas moléculas podem existir forças de atração maiores ou menores. São exatamente essas forças ou ligações entre as moléculas (intermoleculares) que iremos estudar. 1. Forças (ou ligações) dipolo-dipolo Quando uma molécula é polar, como, por exemplo, HCl, ela apresenta uma extremidade mais eletropositiva e outra mais eletronegativa: Sendo assim, a molécula é um dipolo elétrico permanente, que pode ser representado da seguinte forma: Evidentemente, a “parte positiva” de uma molécula passa a atrair a “parte negativa” da molécula vizinha, e assim sucessivamente. Essas forças de coesão recebem o nome de forças (ou ligações) dipolo-dipolo. 2. Ligações por pontes de hidrogênio Um caso extremo de atração dipolo-dipolo ocorre quando temos o hidrogênio ligado a átomos pequenos e fortemente eletronegativos, especialmente o flúor, o oxigênio e o nitrogênio. A forte atração que se estabelece entre o hidrogênio e esses elementos chama-se ligação de hidrogênio, e existe fundamentalmente em substâncias nos estados sólido e líquido. Esquematizamos moléculas de água no estado líquido, na qual as ligações de hidrogênio estão indicadas por linhas pontilhadas. Por esse motivo, alguns químicos sugerem que a água deveria ser representada por (H2O)n, o que indica um agrupamento de n moléculas de água. Enquanto a água líquida tem suas moléculas dispostas tridimensionalmente, mas de uma forma mais ou menos desorganizada, o gelo tem as suas moléculas arrumadas numa grade cristalina espacial, organizada e mais espaçada do que a água líquida. Disso resulta o fato de o gelo ser menos denso do que a água líquida (de fato, o gelo flutua na água, como podemos ver num copo com água e pedras de gelo). Apesar de ser aproximadamente dez vezes menos intensa do que uma ligação covalente, uma ligação de hidrogênio pode, em circunstâncias especiais, romper uma ligação covalente. Veja o esquema representado a seguir: No caso anterior, o oxigênio da água atrai mais o hidrogênio ligado ao cloro que o próprio cloro dando origem aos íons H3O+ (hidrônio) e Cl- (cloreto). Esse fenômeno é, em particular, muito importante, pois corresponde à ionização dos ácidos, quando são dissolvidos em água. 3. Forças (ou ligações) de van der Waals (ou de London) Logicamente, tudo que acabamos de explicar não se aplica às moléculas apolares, como H2, F2, Cl2, O2, CO2, CCl4 etc. (nem aos gases nobres, que são formados por átomos isolados). Não havendo atração elétrica entre essas moléculas, elas deveriam permanecer sempre afastadas, o que equivale a dizer no estado gasoso. No entanto, muitas substâncias apolares são líquidas e, mesmo quando gasosas (como H2, F2, Cl2 etc.), elas podem ser liquefeitas e solidificadas em temperaturas muito baixas. Surge, então, a pergunta: que forças mantêm unidas as moléculas apolares? São as chamadas forças de Van der Waals, ou forças de dispersão de London, que são cerca de dez vezes mais fracas do que as forças dipolo-dipolo e resultam do seguinte: mesmo sendo apolar, a molécula contém muitos elétrons, que se movimentam rapidamente. Pode acontecer, num dado instante, de uma molécula estar com mais elétrons de um lado que do outro; essa molécula estará, então, momentaneamente polarizada e, por indução elétrica, irá provocar a polarização de uma molécula vizinha (dipolo induzido), resultando uma atração fraca entre ambas. Essa atração deve-se às forças de Van der Waals ou de London. 4. Relação entre as ligações e as propriedades das substâncias Completando as ideias apresentadas neste capítulo, podemos dizer que, de modo geral: • as ligações químicas (iônica, covalente e metálica) que existem nas moléculas ou agregados iônicos (intramoleculares) são fortes e responsáveis pelas propriedades químicas das substâncias; • as ligações intermoleculares (dipolo-dipolo, ligações de hidrogênio e forças de Van der Waals ou forças de London) que ocorrem entre as moléculas são mais fracas e responsáveis pelas propriedades físicas das substâncias. Um resumo da correlação entre as propriedades físicas das substâncias e os vários tipos de ligação é dado na tabela seguinte. Exercícios 1. (Ceeteps-SP) Para os compostos HF e HCl, as forças de atração entre as moléculas ocorrem por a) ligações de hidrogênio para ambos. b) dipolo-dipolo para ambos. c) ligações de Van der Waals para HF e ligações de hidrogênio para HCl. d) ligações de hidrogênio para HF e dipolo-dipolo para HCl. e) ligações eletrostáticas para HF e dipolo induzido para HCl 2. (Unicamp-SP) As ligações de hidrogênio formadas entre moléculas de água H2O podem ser representadas conforme modelo abaixo. Com base nesse modelo, represente as ligações de hidrogênio que existem entre moléculas de amônia, NH3. 3. (Ceeteps-SP) Um iceberg é composto por moléculas de água que se mantêm fortemente unidas por meio de interações do tipo: a) dipolo induzido-dipolo permanente. b) dipolo instantâneo-dipolo induzido. c) ligações covalentes dativas. d) ligações covalentes. e) ligações de hidrogênio. 4. (U. F. Santa Maria-RS) A temperatura de ebulição das substâncias normalmente aumenta à medida que aumenta a sua massa molecular. Analisando o gráfico, que mostra a temperatura de ebulição (T.E.) de hidrácidos, percebe-se que o HF tem um comportamento anômalo. Esse comportamento do ácido fluorídrico pode ser atribuído a(à): a) fortes ligações covalentes entre os átomos. b) formação de cristais covalentes. c) interações do tipo forças de Van der Waals. d) interações do tipo pontes de hidrogênio. e) fortes ligações iônicas entre os átomos. 5. (E. E. Mauá-SP) As substâncias, dadas pelas suas fórmulas moleculares, CH4, H2S e H2O estão em ordem crescente de seus pontos de ebulição. Explique por que, do ponto de vista estrutural, esses compostos estão nessa ordem. 6. (PUC-MG) Observe as duas colunas a seguir. Substância Ligação 1. Ne A. iônica 2. Fe B. covalente polar 3. NH3 C. covalente apolar 4. KF D. metálica 5. O2 E. van der Waals Considerando os tipos de ligações para as espécies químicas, qual das alternativas traz a associação correta? a) 4A — 3B — 2C — 5D — 1E d) 4A — 3B — 5C — 2D — 1E b) 3A — 4B — 5C — 1D — 2E e) 4A — 5B — 3C — 1D — 2E c) 5A — 2B — 1C — 4D — 3E 7. (Unicamp-SP) Considere os processos I e II representados pelas equações: Indique quais ligações são rompidas em cada um desses processos. 8. (Cesgranrio-RJ) Analise o tipo de ligação química existente nas diferentes substâncias: Cl2, HI, H2O e NaCl. A alternativa que as relaciona em ordem crescente de seu respectivo ponto de fusão é: a) C l2 < HI < H2O < NaCl b) Cl2 < NaCl < HI < H2O c) NaCl < Cl2 < H2O < HI d) NaCl < H2O < HI < Cl2 e) HI < H2O < NaCl < Cl2 9. (Vunesp)O gráfico a seguir foi construído com dados dos hidretos dos elementos do grupo 16. Com base neste gráfico, são feitas as afirmações seguintes. I. Os pontos P, Q, R e S no gráfico correspondem aos compostos H2Te, H2S, H2Se e H2O, respectivamente. II. Todos esses hidretos são gases a temperatura ambiente, exceto a água, que é líquida. III. Quando a água ferve, as ligações covalentes se rompem antes das intermoleculares. Das três afirmações apresentadas: a) apenas a I é verdadeira. b) apenas a I e a II são verdadeiras. c) apenas a II é verdadeira. d) apenas a I e a III são verdadeiras. e) apenas a III é verdadeira. 10. (PUC-SP) Analise as propriedades físicas na tabela abaixo: Segundo os modelos da ligação química, A, B, C e D podem ser classificados, respectivamente, como: a) composto iônico, metal, substância molecular, metal. b) metal, composto iônico, composto iônico, substância molecular. c) composto iônico, substância molecular, metal, metal. d) substância molecular, composto iônico, composto iônico, metal. e) composto iônico, substância molecular, metal, composto iônico. Referências o Feltre, R. – Química – vol. 1 – 6ª ed. – São Paulo: Moderna, 2004. o Reis, Martha – Química – vol. 1 – 2ª ed. – São Paulo: Ática, 2017.