Aula 8 interações intermoleculares

Prévia do material em texto

10/05/2018
1
Interações 
Intermoleculares
Lagartixas andam pelas paredes, 
mesmo de cabeça para baixo. Por 
quê?
Seriam ventosas poderosas?
… ou haveria uma explicação química?
10/05/2018
2
O i n s e t o n ã o a f u n d a . . . 
Há também relação deste fenômeno com a química?
O u t r o s f e n ô m e n o s (m o d e l o ) . . .
A solubilidade de uma 
substância em outra 
depende de interações 
entre moléculas 
vizinhas.
10/05/2018
3
O u t r o s f e n ô m e n o s (m o d e l o ) . . .
Ligações (intra)moleculares ou intermoleculares?
No presente momento, nossa ênfase é dada às ligações intermoleculares.
10/05/2018
4
Forças Intermoleculares
• A polaridade de uma molécula refere-se às
concentrações de cargas da nuvem eletrônica em
volta da molécula. É possível uma divisão em duas
classes distintas: moléculas polares e apolares.
Polaridade
10/05/2018
5
• Molécula polar - A soma 
vetorial, dos vetores de 
polarização é diferente de zero.
• Moléculas polares possuem 
maior concentração de carga 
negativa numa parte da nuvem e 
maior concentração positiva 
noutro extremo.
• Molécula apolar - A soma 
vetorial, dos vetores de 
polarização é nula.
• Nas moléculas apolares, a 
carga eletrônica está 
uniformemente distribuída, 
ou seja, não há 
concentração.
Polaridade
10
• Não há distinção acentuada entre os tipos de ligação.
• A extremidade positiva (ou polo) em uma ligação polar é
representada por + e o polo negativo por -.
Eletronegatividade e Polaridade da Ligação
10/05/2018
6
Polaridade de uma molécula
Dentre as forças química, as de Van der Waals são as mais fracas.
Essas interações envolvem apenas átomos e moléculas e podem 
ser subdivididas em três tipos:
a) Dipolo- Dipolo
b) Dipolo-Dipolo Induzido
c) Dipolo Instantâneo- Dipolo Induzido
Forças de Van der Waals
10/05/2018
7
Forças dipolo-dipolo
Essas interações ocorrem apenas entre moléculas heteronucleares
que apresentam momento dipolar permanente.
Forças Debye
(exemplo, HCℓ + HCℓ)
Centro de gravidade das cargas (q) estão separados por uma distância R
A tendência é destas moléculas se alinharem e interagirem
umas com as outras, por atração eletrostática entre os
dipolos opostos.
Forças dipolo-dipolo
10/05/2018
8
A energia liberada na formação da interação dipolo-dipolo
entre duas moléculas é dada pela equação:
Forças dipolo-dipolo
E = - μ1μ2
2πεr3
+
1
-
-
2
+
μ1 e μ2 = momentos dipolares das espécies
moleculares 1 e 2.
r = distância entre elas.
ε = permissividade de cargas no vácuo
Forças dipolo-dipolo
Interação fraca
Valor da energia , em
módulo, rapidamente com o 
da distância r entre as 
espécies.
Espécies moleculares
geralmente são gases.
Para liquefazer moléculas
heteronucleares polares, é 
necessário temperatura
muito baixa.
10/05/2018
9
Se duas moléculas têm aproximadamente a mesma massa e o
mesmo tamanho, as forças dipolo-dipolo aumentam com o
aumento da polaridade.
Forças dipolo-dipolo e massa molecular
São forças entre moléculas polares e apolares. Surgem 
porque, em dado momento, a região densa de elétrons da 
molécula apolar sofre distorção, devido à força exercida 
pela molécula polar, levando à formação de um dipolo 
induzido. 
Forças dipolo – dipolo induzido
10/05/2018
10
Forças dipolo – dipolo induzido
Invocadas para explicar a dispersão e solubilidade entre substâncias polares e 
apolares.
Facilmente observados quando substâncias muito polarizáveia são usadas.
Ex. Dissolução do oxigênio em água
Importante: qualquer molécula, polar ou apolar, é suscetível a polarizabilidade
induzida, portanto, as interações do tipo dipolo-dipolo induzido e dipolo instântaneo –
dipolo induzido sempre estarão presentes mesmos em meios predominantementes
polares.
Como essas forças são muito fracas, elas podem ser mascaradas pelas interações
dipolo-dipolo e não serem detectadas.
Dissolução de oxigênio em água é pequena, pois as forças de 
interação dipolo permanente-dipolo induzido são fracas.
Forças dipolo – dipolo induzido
10/05/2018
11
Forças dipolo instantâneo – dipolo induzido
(Forças de Van der Waals – Forças de London)
São as forças de 
dispersão de London
(assim designadas em 
homenagem ao físico 
alemão de mesmo 
nome), sendo 
características das 
moléculas apolares. 
Os elétrons nas moléculas 
estão constantemente em 
movimento. Num determinado 
instante podem acumular-se 
numa dada zona da molécula: 
forma-se um dipolo 
instantâneo, que pode, noutro 
instante, ter orientação 
diferente.
Forças dipolo instantâneo – dipolo induzido
(Forças de London)
10/05/2018
12
Forças dipolo instantâneo – dipolo induzido
(Forças de London)
Forças dipolo instantâneo – dipolo induzido
(Forças de London)
Quanto maior o tempo que uma determinada espécie consegue ficar polarizada
Maior a capacidade de indução da polaridade na molécula vizinha
Espécies com maior capacidade de polarização – chamadas polarizáveis
Quanto maior for o volume atômico ou molecular dessa espécie.
Ordem de polarizabilidade: F2< Cl2<Br2<I2
Flúor e Cloro gases a temperatura ambiente
Bromo líquido a temperatura ambiente
Iodo sólido a temperatura ambiente
10/05/2018
13
Embora fracas, as forças de dispersão de London são intensificadas quando 
há maior superfície de contato. É o caso do iodo ou I2, em que cada átomo 
da molécula possui grande raio atômico.
Note, contudo que aquecimento brando é suficiente para romper essas 
interações: o iodo sublima.
Forças dipolo instantâneo – dipolo induzido
(o caso do iodo: sólido em temperatura ambiente)
Forças dipolo instantâneo – dipolo induzido
(Forças de London)
A energia liberada na interação dipolo intântaneo-dipolo induzido, em um par 
molecular, pode ser expressa pela equação abaixo:
E = - μ2α
r6
μ = momento dipolar instântaneo
α = polarizabilidade
r = distância entre as espécies
10/05/2018
14
• Normalmente hidrocarbonetos (substâncias formadas apenas por Hidrogênio e
Carbono) são consideradas apolares: apesar do átomo de carbono ser mais
eletronegativo que o átomo de hidrogênio, esta diferença de eletronegatividade não é
significativa.
• Nesta situação (interação dipolo instântaneo-dipolo induzido) o que importa é a área
superficial. Quanto maior for esta área, maior será a interação.
• Hidrocarbonetos com cadeias que contém 4 ou menos carbonos = gases ä temperatura
ambiente.
• Hidrocarbonetos com 5 ou mais carbonos são líquidos.
• Parafinas que são hidrocarbonetos de cadeias longas são sólidos
CH3-CH2-CH2-CH2-CH3
CH
CH3-C-CH3
CH3
CH3CH3
CH3
CH3-C-CH3CH3-CH2-CH2-CH2-CH3
Forças dipolo instantâneo – dipolo induzido
(Forças de London)
A interação entre um íon e um dipolo permanente (exemplo, NaCℓ +
H2O).
É a mais forte de todas as forças intermoleculares.
Forças íon-dipolo
10/05/2018
15
A energia é dada pela equação:
E = - ௓
±
ఓ
ସగఌ ଶ
Z = carga do íon
𝜇 = momento dipolar da molécula
r = distância íon - molécula
Interação também conhecida por solvatação.
Quando a solvatação de íons ocorre em água, a solvatação torna-se hidratação e a energia
liberada neste processo é chamada de energia de hidratação
Forças íon-dipolo
Forças íon-dipolo
Metais alcalinos energia de hidratação inversamente relacionada com o 
raio iônico.
Menor raio iônico menor a distância entre o íon e as espécies dipolares
maior energia liberada
Quanto ao magnésio energia de hidratação muito superior aos metais
alcalinos
Aumento da carga do íon
Íon 
metálico
Raio iônico 
(10-12 m)
Energia de Hidratação 
(kJ mol-1)
Li+ 59 -515
Na+ 102 -405
K+ 151 -321
Rb+ 161 -296Cs+ 174 -263
Mg2+ 72 -1922
10/05/2018
16
Forças íon-dipolo induzido
Dentre todas as forças químicas, essa interação é a menos
comum
Seus efeitos são apenas observados quando há íons
dissolvidos em meio apolar.
Além da carga do íon , a energia dessa interação
dependerá da polarizabilidade das espécies apolares.
Ex. NaCl em bromo molecular
Quando, em uma molécula, o hidrogênio está interagindo com ...
Ligações de hidrogênio
10/05/2018
17
Há uma grande diferença de 
eletronegatividade entre hidrogênio e os 
outros elementos.
São interações muito fortes.
Ligações de hidrogênio
As interações H-F, H-N e H-O, por serem muito intensas, deixam o 
hidrogênio deficiente de elétrons.
Por isso o hidrogênio interage com a molécula vizinha ou com a 
mesma molécula.
Quanto mais forte a ponte de hidrogênio mais enfraquecida 
a ligação covalente entre o hidrogênio e o átomo do elemento 
mais eletronegativo.
Ligações de hidrogênio
10/05/2018
18
Ligações de hidrogênio
Ligação covalente do hidrogênio pode ser igualmente dividida ou deslocalizada
entre os dois átomos.
Hidrogênio efetua duas meia ligações com os dois elementos muito
eletronegativos.
A energia das ligações de hidrogênio são elevadas superam muitas ligações
covalentes.
Pelas previsões a água 
deveria ser gasosa em 
temperatura ambiente. 
Moléculas unidas por 
ligações de hidrogênio
Ligações de hidrogênio: comportamento da água
Sendo muito fortes entre as moléculas de água, as ligações de 
hidrogênio propiciam alto ponto de ebulição.
H2S somente se liquefaz à -60°C.
10/05/2018
19
Algo inesperado: o alto ponto
de ebulição da água (100ºC), 
comparando com outros 
hidretos do mesmo grupo da 
tabela periodica.
Podemos notar que, caso a 
água mantivesse a linearidade 
do gráfico, sendo essa 
linearidade ditada pela massa 
molecular dos compostos da 
mesma família, teria um ponto 
de ebulição próximo de -70 °C. 
Caso isso fosse verdade, a 
Terra não teria lagos, rios ou 
oceanos, e a água existiria na 
Terra somente no estado 
gasoso, mesmo nos pólos do 
Norte e Sul. 
Ligações de hidrogênio: comportamento da água
A interação entre as bases nitrogenadas no DNA se dá através de 
ligações de hidrogênio.
Ligações de hidrogênio e o DNA
10/05/2018
20
Tensão Superficial e Viscosidade
10/05/2018
21
• Menisco é a forma da superfície do líquido.
– Se as forças de adesão são maiores do que as forças de coesão, 
a superfície do líquido é atraída para o seu recipiente mais do que 
as moléculas volumosas. Portanto, o menisco tem formato de U 
(por exemplo, água em um copo).
– Se as forças de coesão são maiores do que as forças de adesão, 
o menisco é curvo para baixo.
• Ação capilar: Quando um tubo de 
vidro estreito é colocado em água, 
o menisco puxa a água para o topo 
do tubo.
Tensão Superficial
As temperaturas de fusão e ebulição dos compostos
orgânicos normalmente se elevam com aumento da
superfície de contato e em função da natureza das forças
intermoleculares.
No caso dos compostos com massas molares semelhantes,
elas serão maiores quanto mais fortes forem as atrações
entre as moléculas, ou seja, quanto mais polares elas
forem.
Propriedades Físicas e Forças Intermoleculares
10/05/2018
22
Propriedades Físicas e Forças Intermoleculares
10/05/2018
23
O etanol e a água, por exemplo, misturam-se em qualquer proporção, pois além de 
ambos serem polares, formam ligação de hidrogênio. 
10/05/2018
24
ÁGUA e ÁLCOOL
Solubilidade
ÁGUA e GASOLINA
10/05/2018
25
Em 1873 Van der Waals postulou a existência das forças 
intermoleculares, que ficaram conhecidas pelo seu 
nome. Fritz London, já no século XX, descreveu a 
natureza delas e as atribuiu ao movimento dos elétrons 
dentro das moléculas.
10/05/2018
26
Esquema prático para determinação do tipo de força 
intermolecular