Forças intermoleculares

Prévia do material em texto

Forças intermoleculares
 As forças (ou interações) intermoleculares (também chamadas de forças de van der Waals, nome que está quase em desuso),são aquelas que ocorrem entre duas ou mais moléculas, gerando uma estrutura completamente nova. Na natureza, esse tipo de reação ocorre o tempo inteiro, muitas vezes atingindo algo conhecido como equilíbrio químico.
Tipos de forças intermoleculares
· Dipolo-dipolo: Também conhecida como dipolo permanente, essa interação ocorre entre o polo negativo de uma molécula e o positivo de outra. Sendo assim, é uma reação que acontece apenas em moléculas polares. É uma interação de força média, nem tão forte nem tão fraca. Isso faz com que seus pontos de fusão e ebulição se encontrem em um meio termo quando os comparamos às das outras forças intermoleculares. Exemplos: HCl, HBr, SO2 e PH3
· Dipolo induzido: que também pode ser chamada de Forças de London, é uma atração um pouco mais fraca do que a ocorre no tipo dipolo-dipolo. Elas acontecem apenas entre moléculas apolares - que não possuem polos(ou em gases nobres).Quando uma molécula se aproxima de outra, por serem de polaridades semelhantes, ocorre uma repulsão entre as eletrosferas. Dessa forma, se induz uma polaridade “falsa”, momentânea, que gera a atração entre as moléculas. Exemplos: CO2, CH4 e BH3
· Ligação de hidrogênio: denominada como ponte de hidrogênio (título que também está em desuso), a interação do tipo ligação de hidrogênio é a mais forte entre todas as forças intermoleculares. Sendo assim, ela é a que traz moléculas com maiores pontos de fusão e ebulição. As ligações de hidrogênio ocorrem quando um átomo de hidrogênio se liga aos átomos mais eletronegativos que temos, ou seja, o flúor, o nitrogênio e o oxigênio (FON). Há, aqui, uma interação entre um polo negativo e um positivo (assim como nas forças dipolo-dipolo). Exemplos: H2O, NH3 e HF
As forças intermoleculares e o ponto de ebulição de substâncias apresentam uma relação muito intensa e direta, já que, quanto mais intensa for a força intermolecular, maior será o ponto de ebulição. A ordem de intensidade das forças intermoleculares é:
Dipolo induzido < Dipolo-dipolo < Ligações de hidrogênio
Cinética Química
A Cinética Química é um campo que estuda os fatores que influenciam a taxa de desenvolvimento das reações químicas, isto é, é o estudo das velocidades das reações químicas.
Diversos fatores interferem na ocorrência de uma reação química. Primeiro, deve haver uma afinidade química entre os reagentes para permitir que a reação ocorra. Além disso, esses reagentes devem estar em contato, garantindo a colisão entre as moléculas e resultando na quebra das ligações e formação de novas ligações. 
As reações químicas acontecem com diferentes velocidades e a cinética química pode ser alterada. As velocidades de reação determinam o quão rapidamente os reagentes são consumidos e os produtos são gerados.
Uma reação é rápida quando: os reagentes se transformam em produtos quase instantaneamente.
Exemplo: a explosão de uma bomba ou uma reação de precipitação.
Uma reação é lenta quando: os reagentes levam um longo tempo para gerar os produtos.
Exemplo: processo de corrosão ou decomposição de material orgânico. 
Alguns fatores influenciam a rapidez das transformações químicas. Conhecendo essas varáveis, é possível acelerar ou retardar uma reação. Confira quais são os fatores que influenciam na velocidade das reações.
· Temperatura: quando se aumenta a temperatura de um sistema, ocorre também um aumento na velocidade da reação. Aumentar a temperatura significa aumentar a energia cinética das moléculas.
· Superfície de contato: um aumento da superfície de contato aumenta a velocidade da reação. Um exemplo é quando dissolvemos um comprimido efervescente triturado: ele se dissolve mais rapidamente do que se estivesse inteiro, isto acontece porque aumentamos a superfície de contato que reage com a água.
· Pressão: quando os participantes de uma reação são gasosos e se aumenta a pressão desse sistema gasoso, aumenta-se a velocidade da reação. Isso porque o aumento da pressão diminui o volume, intensificando as colisões das moléculas.
· Concentração de reagentes: quanto maior a concentração dos reagentes maior será a velocidade da reação. Um exemplo é quando pegamos uma amostra de palha de aço e reagimos com ácido clorídrico concentrado e com ácido clorídrico diluído.
· Luz: Algumas reações químicas se processam com maior velocidade em presença de luz, como por exemplo, a decomposição da água oxigenada. Por isso é que determinados produtos são comercializados em frascos escuros.
· Catalisadores: os catalisadores são substâncias que aceleram o mecanismo sem serem consumidos durante a reação. Este fato ocorre porque permitem que a reação tome um caminho alternativo, que exige menor energia de ativação, fazendo com que a reação se processe mais rápido. Um catalisador possui a propriedade de acelerar a reação, mas não aumenta o rendimento, ou seja, ele produz a mesma quantidade de produto, porém, num período de menor tempo.
A energia de ativação necessária para que a reação ocorra é menor quando são utilizados catalisadores, acelerando a reação
Velocidade média de uma reação
A velocidade pode mudar com o tempo, por isso, definimos a velocidade média da reação como a variação da concentração molar de um reagente ou produto durante um certo intervalo de tempo.
Pode ser calculado a variação da concentração dos produtos, ou dos reagente,  visto que os reagentes são consumidos durante o processo, a sua concentração final é menor que a inicial, por isso o resultado daria negativo.Ou voçê coloca em módulo, para que sempre dê positivo, ou coloca o sinal negativo.
Para se calcular a velocidade média global da reação basta dividir cada valor da velocidade pelo coeficiente da respectiva substância na equação química que representa a reação. De forma geral:
Exercícios de fixação - Velocidade das reações
1) Foi adicionado 0,50 g de magnésio metálico a uma solução diluída de ácido clorídrico. Após 10 s, restou 0,40 g de magnésio sem reagir. A interação ocorreu segundo a reação :
Mg(s) + 2 HCl(aq) → MgCl2(aq)+ H2(g)
Qual é a velocidade média dessa reação no intervalo de tempo de 10 s, em g/s e em mol/s respectivamente? Dado: Mg = 24 g/mol.
a) 0,1 g/s e 4,2 mol/s
b) 0,01 g/s e 0,042 mol/s
c) 0,01 g/s e 0,00042 mol/s
d) 0,1 g/s e 0,0042 mol/s
2) uma reação que ocorre em um balão com 10 mol do gás ozônio (O3). Suas moléculas colidem umas com as outras, formando moléculas de oxigênio (O2), conforme a equação química a seguir:
2O3→ 3O2
Depois de 1 minuto restam apenas 4 mol de ozônio. Qual a velocidade global da reação?
2O3→ 3O2
Vm da reação= 6 mol. L-1. min-1 = 3 mol. L-1. min-1
                 2
                   Ou
Vm da reação= 9 mol. L-1. min-1 = 3 mol. L-1. min-1
                 3
Alternativa “c”.
Vm(Mg) = ∆[Mg]
        ∆t
Vm(Mg) = [ Mg final - Mg inicial]
              ∆t
Vm(Mg) = [0,4-0,5] g
         10 s
Vm(Mg) = [-0,1]g
        10 s
Vm(Mg) = 0,01 g/s
1mol-------24g
   x-------- 0,01g
x = 0,00042 mol/s
x = 4,2 . 10-4 mol/s
Lei da velocidade
A rapidez de uma transformação química, em uma determinada temperatura, é diretamente proporcional ao produto das concentrações dos reagentes, elevadas aos seus expoentes, por uma constante.
Para reações que ocorrem em uma única etapa (reação elementar), x e y correspondem aos coeficientes estequiométricos a e b. Logo:
v = k [A]a [B]b
· Ordem da reação em relação a A = a
· Ordem da reação em relação a B = b
· Ordem total da reação = a + b
A maioria das reações ocorre em mais de uma etapa, e o conjunto dessas etapas é denominado mecanismo de reação.
Teoria da colisão
Nas reações químicas, ocorre o rearranjo dos átomos dos reagentes para formar os produtos. Porém, não são todos os choques que ocorrem entre as partículas que vão resultar em produtos (choques não-eficazes). São os choques eficazes ou efetivos que resultarão naquebra das ligações dos reagentes e na formação de novas ligações para gerar os produtos.
Quando ocorre o choque em uma posição favorável, é formada uma estrutura intermediária entre os reagentes e os produtos conhecida como complexo ativado. O complexo ativado é um estado intermediário, ou estado de transição, cuja estrutura apresenta ligações enfraquecidas entre os reagentes e permite a formação de novas ligações que irão compor os produtos, conforme mostra o exemplo abaixo.
Fonte: USBERCO, J. e SALVADOR, E. 2013. Química. São Paulo: Editora Saraiva.
Para que o complexo ativado se forme, as moléculas dos reagentes devem possuir energia suficientemente alta e colisão em geometria favorável. Essa energia é conhecida como energia de ativação (Ea) e é a menor quantidade de energia necessária para que a reação química ocorra.
A energia de ativação é necessária tanto para reações exotérmicas quanto endotérmicas, como indica os diagramas a seguir:
Quanto menor for a energia de ativação, mais rapidamente a reação ocorrerá.
1. (Enem) A pele humana, quando está bem hidratada, adquire boa elasticidade e aspecto macio e suave. Em contrapartida, quando está ressecada, perde sua elasticidade e se apresenta opaca e áspera. Para evitar o ressecamento da pele, é necessário, sempre que possível, utilizar hidratantes umectantes, feitos geralmente à base de glicerina e polietilenoglicol:
A retenção de água na superfície da pele promovida pelos hidratantes é consequência da interação dos grupos hidroxila dos agentes umectantes com a umidade contida no ambiente por meio de:
a)   Ligações iônicas;
b)   Forças de London;
c)   Ligações covalentes;
d)   Forças dipolo-dipolo;
e)   Ligações de hidrogênio.
Resposta: D
2. (Fameca) Compostos HF, NH3 e H2O apresentam elevados pontos de fusão e de ebulição quando comparados a H2S e HCl, por exemplo, devido:
a)   Forças de van der Waals;
b)   Forças de London;
c)   Ligações de hidrogênio;
d)   Interações eletrostáticas;
e)   Ligações iônicas.
Resposta: C
3. (PUC Minas) Considere os pontos de ebulição (°C) dos hidretos:
HCl –––––––––– -85
HBr –––––––––– -67
HI –––––––––– -35
HF –––––––––– +20
O comportamento do HF, bastante diferente dos demais compostos, justifica-se porque, entre suas moléculas, ocorrem:
a)   Ligações iônicas;
b)   Ligações covalentes;
c)   Interações dipolo-dipolo;
d)   Interações de ligação de hidrogênio;
e)   Interações por forças de van der Waals.
Resposta: D
Dadas as substâncias abaixo:
I. Ácido clorídrico (HI)
II. Gás carbônico (CO2)
III. Amônia (NH3)
IV. Gás flúor (F2)
V. Ácido sulfídrico (H2S)
Assinale a opção que contém a ordem crescente correta para as suas temperaturas de ebulição.
a) I < IV < III < II < V
b) IV < II < V < I < III
c) IV < II < I < V < III
d) III < I < II < V < IV
e) IV < V < II < I < III
Ver Resposta
QUESTÃO 2
Observe a seguinte tabela com o ponto de ebulição (em graus Celsius) de alguns ácidos inorgânicos:
O comportamento do HF, bastante diferente dos demais compostos, justifica-se porque entre suas moléculas ocorrem:
a) ligações covalentes apolares.
b) ligações covalentes polares.
c) interações denominadas ligações de hidrogênio.
d) interações dipolo-induzido.
e) interações por dipolo permanente.
Ver Resposta
QUESTÃO 3
(ITA-SP) Sobre a temperatura de ebulição de um líquido, são feitas as seguintes afirmações:
I. Aumenta com o aumento da força da ligação química intramolecular.
II. Aumenta com o aumento da força da ligação química intermolecular.
III. Aumenta com o aumento da pressão exercida sobre o líquido.
IV. Aumenta com o aumento da quantidade de sólido dissolvido.
Estão corretas:
a) Apenas I e II.
b) Apenas I e IV.
c) Apenas III e IV.
d) Apenas II, III e IV.
e) Todas.
Ver Resposta
QUESTÃO 4
(Unificado-RJ) Observe a tabela de pontos de ebulição:
O ponto de ebulição da água é anômalo em relação aos demais compostos da família do oxigênio, porque:
a) as moléculas da água são mais leves.
b) existem pontes de hidrogênio entre as moléculas da água.
c) existem Forças de Van der Waals entre as moléculas da água.
d) somente a molécula da água é apolar.
e) as demais substâncias decompõem-se termicamente.
Ver Resposta
RESPOSTAS
Questão 1
Letra b). Para justificar a ordem crescente do ponto de ebulição dessas substâncias, é preciso comparar o tipo de força intermolecular apresentado por cada uma delas, já que quanto maior é a intensidade da força (ligação de hidrogênio > dipolo permanente > dipolo induzido), maior é o ponto de ebulição.
Obs.: Caso as moléculas apresentem o mesmo tipo de força intermolecular, possui maior ponto de ebulição aquela que apresenta maior massa.
I- É uma substância polar, logo, suas moléculas interagem por dipolo permanente. Sua massa molar é 128 g/mol.
II- É uma substância apolar, logo, suas moléculas interagem por dipolo induzido. Sua massa molar é 44 g/mol.
III- Suas moléculas interagem por ligações de hidrogênio, já que apresenta hidrogênio ligado a nitrogênio.
IV- É uma substância apolar, logo, suas moléculas interagem por dipolo induzido. Sua massa molar é 38 g/mol.
V- É uma substância polar, logo, suas moléculas interagem por dipolo permanente. Sua massa molar é 34 g/mol.
Voltar a questão
Questão 2
Letra c). O ponto de ebulição do HF é muito diferente em relação às outras substâncias, apesar de todas elas serem polares. Isso porque apenas essa substância realiza entre suas moléculas as forças intermoleculares mais intensas existentes, denominadas ligações de hidrogênio.
Obs.: Ligações de hidrogênio são características de moléculas que apresentam o elemento hidrogênio ligado a nitrogênio, oxigênio ou flúor.
Voltar a questão
Questão 3
Letra d).
I- Falso.
II- Verdadeiro. Para um líquido entrar em ebulição, é necessário separar suas moléculas. Assim, quanto maiores as forças intermoleculares, maior será a influência sobre o ponto de ebulição.
III- Verdadeiro. Quanto maior a pressão exercida sobre um líquido, maior é o seu ponto de ebulição, já que a vaporização torna-se mais difícil.
IV- A dissolução de um soluto (sólido ou líquido) em um solvente sempre dificulta a vaporização do solvente, o que promove, assim, um aumento do seu ponto de ebulição.
Voltar a questão
Questão 4
Letra b). O ponto de ebulição da água é muito diferente em relação às outras substâncias, apesar de todas elas serem polares. Isso porque apenas a água realiza entre suas moléculas as forças intermoleculares mais intensas existentes, denominadas ligações de hidrogênio.
Voltar a questão