Slide - Interações Intermoleculares 2020

Disciplina: Química Geral 2020 Universidade Federal de Minas Gerais Instituto de Ciências Exatas Departamento de Química Interações intermoleculares Estado físico e propriedades das substâncias ▪ Interações intermoleculares → Propriedades das substâncias (Ponto de fusão, ponto de ebulição, solubilidade,...) Gases, líquidos e sólidos (Brown, 2016) 2 Cloro, CI2 Bromo, Br2 Iodo, I2 (Kotz, 2016) (Chang, 2007) (Brown, 2016) ➢ Substâncias com ligações covalentes 3 ▪ Moleculares (ex: O2, N2, H2O, CH3Cl, … ) ▪ Retículos (ex: grafite, diamante … ) ▪ Compostos iônicos (ex: NaCl) Interações intermoleculares (Brown, 2016) (Chang, 2007) Ligação Força Magnitude (kJ mol-1) química Iônica Covalente  100-1000  100-800 Intermolecular Íon-dipolo Dipolo-dipolo Dispersão Ligação-H  10-100  0,1-15  0,1-4  5-40 4 Interações intermoleculares e intramoleculares Acetonitrila ➢ Inter-molecular (Brown, 2016) (Atkins, 2018) ➢ Intra-molecular Ligação Força Magnitude (kJ mol-1) química Iônica Covalente  100-1000  100-800 Intermolecular Íon-dipolo Dipolo-dipolo Dispersão Ligação-H  10-100  0,1-15  0,1-4  5-40 Dipolos moleculares ▪ Dipolo permanente (m  0) 5 H2O H H O clorometano (CH3Cl) Cl H H H C ✓ Polaridade molecular Momento de dipolo, notação da seta pela convenção moderna (Brown, 2016) (Atkins, 2018) Carga parcial negativa Carga parcial positiva ▪ Força fundamental eletromagnética 6 Interações intermoleculares 𝐹 = 𝑘 𝑞1𝑞2 𝑟2 Força de Coulomb 1) Interação íon-dipolo (Brown, 2016) Forças de Van der Waals 2) Interação dipolo - dipolo 3) Interação de dipolo - dipolo induzido 4) Interação de dipolo instantâneo - dipolo induzido (Força de dispersão de London) 5) Ligações de hidrogênio (polar) (apolar = não polar) (polar) (polar) 1) As Forças íon-dipolo 7 ▪ Interação entre íons e dipolo permanente (Brown, 2016) (Brown, 2016) ✓ Hidratação 1) As Forças íon-dipolo 8 ▪ Interação entre íons e dipolo permanente (Kotz, 2016) 𝐸𝑝 ≈ − |𝑧|𝜇 𝑟2 Intensidade do dipolo carga do íon distância Entalpia de Hidratação (Kotz, 2016) 2) As forças dipolo-dipolo 9 ▪ Interação entre dipolo permanente e dipolo permanente 𝐸𝑝 ≈ − 𝜇1𝜇2 𝑟3 (Brown, 2016) A interação dipolo-dipolo é mais fraca que a íon-íon e íon-dipolo! CH3CN sólido CH3CN líquido (Brown, 2016) 𝜇 - momento de dipolo 2) As forças dipolo-dipolo 10 ▪ Para moléculas de tamanho e massa semelhantes, a força das interações intermoleculares aumenta com o aumento da polaridade das moléculas! 𝐸𝑝 ≈ − 𝜇1𝜇2 𝑟3 (Brown,2016) gás líquido 3) As forças dipolo – dipolo induzido 11 ▪ Interação entre dipolo permanente - dipolo induzido H2O Polar Dipolo Dipolo induzido O2 Apolar Presente quando uma molécula polar induz um dipolo instantâneo em uma molécula apolar. (Kotz, 2016) ✓ Intensidade depende do dipolo (m) e da polarizabilidade (a) das moléculas. 𝐸𝑝 ≈ − 𝜇1 2𝛼2 𝑟6 (polar) (não polar) 3) As forças dipolo – dipolo induzido 12 ▪ Interação entre dipolo permanente - dipolo induzido Dipolo Dipolo induzido Presente quando uma molécula polar induz um dipolo instantâneo em uma molécula apolar. (Kotz, 2016) (Kotz, 2016) ✓ Intensidade depende do dipolo (m) e da polarizabilidade (a) das moléculas. 𝐸𝑝 ≈ − 𝜇1 2𝛼2 𝑟6 4) A força de dispersão de London 13 ▪ Interação entre dipolo instantâneo - dipolo induzido Ex: Gases nobres (He, Ne, Ar,...) ✓ Interação depende da Polarizabilidade (a) 𝐸𝑝 ≈ − 𝛼1𝛼2 𝑟6 Como átomos ou moléculas apolares (m = 0) podem interagir? Nuvem de elétrons em cada instante. (Atkins, 2018) (não polar) (não polar) A flutuação rápida da distribuição eletrônica em duas moléculas vizinhas. (Atkins, 2018) 14 ▪ Interação entre dipolo instantâneo - dipolo induzido A polarizabilidade (a) tende a aumentar com o aumento do número de elétrons/tamanho do átomo ou molécula. (Brown,2016) 4) A força de dispersão de London Gases nobres (Ne, Xe, Ar...) 15 ▪ Interação entre dipolo instantâneo - dipolo induzido ➢ As formas espaciais também influenciam nas magnitudes das forças de dispersão de London. (Brown, 2016) 4) A força de dispersão de London n-pentano Tebul. = 309,4 K n-pentano e neopentano : fórmula molecular C5H12 : Massa molar = 72 g mol-1 2,2-Dimetilpropano (neopentano) Tebul. = 282,7 K (Atkins, 2018) 5) A ligação de hidrogênio ▪ A ligação de hidrogênio ocorre quando um átomo de hidrogênio está ligado a um átomo pequeno e fortemente eletronegativo (ex: N, O, F). Esse átomo de hidrogênio terá um polo positivo significativamente grande e irá interagir fortemente com elétrons disponíveis em outro átomo. 16 Ligação de hidrogênio (Adaptada de Atkins, 2018) ➢ Dentre as interações intermoleculares a ligação de hidrogênio é a mais forte, podendo chegar a ter 10% da energia de uma ligação covalente; ➢ Em algumas moléculas ela predomina, mesmo no estado gasoso; ➢ A ligação de hidrogênio possui caráter direcional. Ela é mais forte quanto mais próximo o ângulo O-H-O for próximo de 180°; 5) A ligação de hidrogênio Herbst, M.H.; Filho, A.R.M.; Um olhar sobre as ligações de hidrogênio, Quím. nova esc., v. 41, n° 1, p. 10-16, 2019. 17 ➢ A ligação de hidrogênio pode ser ainda mais complexa, por exemplo, a interação de uma molécula de água com um benzeno. ➢ Imagem Microscopia de Força Atômica de ligações de hidrogênio visualizadas em Quinonas. Zhang, J. et al., Science 2013. 5) A ligação de hidrogênio ▪ Os pontos de ebulição da maior parte dos hidretos moleculares dos elementos do bloco p mostram um aumento brando com a massa molar em cada grupo. Para a amônia, água e fluoreto de hidrogênio temos um comportamento anormal → Ligação de Hidrogênio! 18 (Atkins, 2018) 19 Relembrando 1) Interação íon-dipolo 2) Interação dipolo - dipolo 3) Interação de dipolo - dipolo induzido 4) Interação de dipolo instantâneo - dipolo induzido (Força de dispersão de London) 5) Ligações de hidrogênio ▪ Propriedades e aplicações relacionadas às interações intermoleculares Forças de Van der Waals Referências ▪ ATKINS, P.; JONES, L.; LAVERMAN, L. Princípios de química: questionando a vida moderna e o meio ambiente. 7. ed. Porto Alegre: Bookman, 2018. 1094 p. ▪ BROWN , T. L. ET AL. Química. A Ciência Central. 13. ed. São Paulo: Pearson, 2016. 1216 p. ▪ CHANG, R. Química Geral. Conceitos Essenciais. 4° Ed. Porto Alegre: McGrawHill, 2007. 778 p. ▪ KOTZ, J.C.; ET AL. Química Geral e Reações Químicas. 9° ed. São Paulo: Cengage, 2016 p. 20