Slide - Forças Intermoleculares - 2023-2

12/7/2023 1 Forças Intermoleculares Forças Moleculares de Interação As forças de interação a nível molecular podem ser descritas em dois grupos principais  Forças INTRAmoleculares: “Forças de ligação” • Forças responsáveis pela formação e constituição da molécula. • Influenciam essencialmente as propriedades químicas da substância.  Forças INTERmoleculares: “Forças de interação” • Forças de interação entre as moléculas de uma substância. • Influenciam essencialmente as propriedades físicas da substância. 1 2 12/7/2023 2 Forças Intramoleculares Evidências de Forças Intermoleculares  Estados físicos sólidos e líquidos: Na ausência de interações intermoleculares, toda a matéria estaria em estado gasoso.  Falhas na idealidade gasosa: A equação de gases ideais (PV = nRT) apresenta desvios na descrição de gases reais.  Falhas na idealidade de misturas gasosas: A lei de Raoult (P = PiXi) sofre desvios da idealidade em função de variações nas forças de interação intermoleculares entre A—A, B—B e A—B.  Propriedades de transporte em gases diluídos: Os parâmetros de transporte (viscosidade, condutividade, difusão) são diretamente relacionados as forças intermoleculares entre moléculas gasosas. 3 4 12/7/2023 3 Forças Intermoleculares  As forças de interação entre moléculas são mais fracas que as forças de formação da molécula (ligações químicas).  No entanto, elas são fortes o bastante para controlar as propriedades físicas, tais como, pontos de ebulição e fusão, pressão de vapor, viscosidade, tensão superficial.  Estas forças intermoleculares são tradicionalmente denominadas de forças de van der Waals. Johannes Diderik van der Waals 1837 – 1923 A Equação de van de Waals Os parâmetros a e b são constantes empíricas características de cada gás, as quais corrigem P e V devido a forças de interação intermoleculares. A constante a está relacionada com as forças de atração intermoleculares e a constante b está relacionada com o volume molecular. Forças Intermoleculares 5 6 12/7/2023 4 Forças Intermoleculares Forças Intermoleculares r Q Q E 1 2  7 8 12/7/2023 5 Forças Intermoleculares Forças Intermoleculares 9 10 12/7/2023 6 Interações Íon-Dipolo Durante o processo de solubilização de sais em água, ocorre a dissociação do sal iônico, seguido da hidratação dos íons. A hidratação se dá atrávés da interação entre as moléculas polares de água e os íons formados. Interações Íon-Dipolo 2r z E  −  + z −z  A interação íon-dipolo leva a diminuição da energia potencial do íon, sendo representada pela equação: |z| é a magnitude da carga do íon,  é o momento de dipolo, e 1/r2 indica a dependência com a distância de separação. Moléculas polares precisam estar muito próximas aos íons para que a interação seja significativa. (-) indica que a energia potencial do íon diminui com a interação 11 12 12/7/2023 7 Interações Íon-Dipolo Hidratação em Sais iônicos Cristalizados (Água de Cristalização) CuSO45H2O CoCl26H2O Alguns sais quando cristalizam, retém água de hidratação em seu interior; como p.e. o Na2CO310H2O e o CuSO45H2O. O tamanho do íon e a carga controlam a interação íon-dipolo e a extensão da hidratação. Cátions pequenos são hidratados mais extensamente. No grupo I, Li+ e Na+ formam sais hidratados; já K+, Rb+, Cs+, não. Sais de amônio são geralmente anidros. Cátions de maior carga (p.e. Ba2+ e La3+), mesmo grandes, formam sais hidratados (BaCl22H2O e La(NO3)36H2O). Quanto maior a diferença de eletronegatividade, maior o momento dipolar da molécula (mais polar é a ligação) Interações Dipolo-Dipolo 13 14 12/7/2023 8 Matematicamente, momento dipolar é um vetor, possuindo assim magnitude e direção. Em moléculas simétricas lineares como o CO2, o momento resultante é nulo; já na molécula de água (H2O) há um momento resultante da soma vetorial. Interações Dipolo-Dipolo Interações Dipolo-Dipolo • Ocorrem entre moleculas neutras polares. • As moléculas devem estar muito próximas. • Mais fracas que intereações íon-dipolo. • Interações tanto repulsivas quanto atrativas. • Forte dependência com distância. • Podem ocorrer de maneira estacionária … • … ou em rotação dos dipolos. 3 1 2 r E    6 2 2 2 1 r E −    Dipolos estacionários Dipolos em rotação 15 16 12/7/2023 9 Interações Dipolo-Dipolo Sólidos Líquidos Interações Dipolo-Dipolo 17 18 12/7/2023 10 Interações Dipolo-Dipolo “Semelhante Dissolve Semelhante” Substâncias polares são miscíveis (ou solúveis) em líquidos polares. Iodo (I2) em Hexano / água Interações Dipolo-Dipolo “Semelhante Dissolve Semelhante” Substâncias polares são miscíveis (ou solúveis) em líquidos polares. 19 20 12/7/2023 11 Interações Dipolo-Dipolo Arranje em ordem crescente de ponto de ebulição p.e. -11,7 oC p.e. 7,4 oC p.e. 56,1 oC  = 0,13 D  = 1,17 D  = 2,88 D < < Interações de London Hélio líquido Apesar dos elétrons 1s do He tenderem a se repelir, ocasionalmente eles podem estar no mesmo lado do átomo Por um pequeno instante, o hélio se torna uma espécie fracamente polar (dipolo instantâneo) 21 22 12/7/2023 12 • Um átomo de hélio ligeiramente polar ao se aproximar de outro átomo neutro, tende a atrair seu núcleo e repelir seus elétrons. • A atração entre este dipolo instantâneo e o dipolo induzido, constitui a força de interação de London. • Estas forças estão presentes em todas as moléculas, independente de serem polares ou não polares. • A tendência da núvem eletrônica ser distorcida em um átomo ou molécula, é chamada de polarizabilidade (). • É fortemente dependente da distância de interação (1/r6), sendo a mais fraca de todas as forças intermoleculares. Interações de London 6 1 2 r E −   Interações de London 23 24 12/7/2023 13 Fatores que Afetam as Forças de London • A forma das moléculas afeta as forças de interação. • Quanto maior a área das moléculas, mais fortemente elas interagem. Fatores que Afetam as Forças de London • Quanto maior o tamanho do átomo, ou molécula (maior massa molar), mais elétrons ela vai apresentar. • Assim, mais polarizável ele(a) se torna. • Mais intensas serão as forças de London. 25 26 12/7/2023 14 Fatores que Afetam as Forças de London Interações de London GRAFITE 27 28 12/7/2023 15 Ligações de Hidrogênio • Não é de fato uma ligação química, mas sim um caso particular de interação dipolo-dipolo. • Ocorre entre moléculas no qual um H se liga a um elemento muito eletronegativo (p.e. N, O, F), levando a cargas parciais de maior magnitude. Ligações de Hidrogênio 29 30 12/7/2023 16 Fatores que Afetam as Forças de London Ligações de Hidrogênio 31 32 12/7/2023 17 Ligações de Hidrogênio DNA Ligações de Hidrogênio Estrutura de Proteínas 33 34 12/7/2023 18 Propriedades  Forças Moleculares Concreto: Interações Íon-Íon (Ligações iônicas) Asfalto: Interações van der Waals (Ligações covalentes) 35