Aula 6. Forças Intermoleculares

Transcrição

1 ACH Química Geral Aula 6. Forças Intermoleculares Profa Káthia M. Honório (kmhonorio@usp.br)

2 Quais são as forças envolvidas em cada caso?

3 Questões Por que a água é encontrada na forma líquida e não como gás? Por que a água líquida ferve em altas temperaturas já que é uma molécula pequena? Por que o gelo flutua na água?

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5 Forças Intramoleculares Forças INTRAmoleculares: forças que mantém os átomos unidos, formando moléculas.

6 Forças Intermoleculares Forças entre moléculas: INTERmoleculares. Forças entre moléculas, entre íons, ou entre moléculas e íons.

7 Forças Intermoleculares Influência das forças intermoleculares: Ponto de fusão e ebulição, mudança de estado. Solubilidade de gases, líquidos e sólidos. Determinação de estrutura de moléculas biológicas. Tipos de forças intermoleculares: Moléculas POLARES moléculas POLARES. Moléculas POLARES moléculas APOLARES. Moléculas APOLARES moléculas APOLARES.

8 Forças Intermoleculares

9 Interação íon-íon Sal Na + Cl - Interações mais fortes. Sólidos: altas temperaturas de fusão. NaCl, PF = 800 o C MgO, PF = 2800 o C

10 Interação íon-íon

11 Atração entre íons e dipolos permanentes Água altamente polar pode interagir com íons - hidratação.

12 Interação dipolo-dipolo Unem moléculas que possuem dipolos permanentes.

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14 Interação dipolo - dipolo induzido Como moléculas apolares como O 2 e I 2 se dissolvem em água? O dipolo da água INDUZ um dipolo na molécula de O 2. Dipolo-dipolo induzido

15 Interação dipolo dipolo induzido Considere I 2 dissolvido em álcool, CH 3 CH 2 OH. - I-I I-I - R O H + O álcool temporariamente cria ou INDUZ um dipolo em I 2. - R O + H +

16 Interação dipolo induzido - dipolo induzido Forças de Dispersão de London Formação de dipolo em 2 moléculas de I 2 (APOLARES).

17 Interação envolvendo dipolos induzidos A magnitude do dipolo induzido depende da tendência a distorção. Polarizabilidade Alta massa molar ---> maior dipolo induzido Molécula Ponto de Ebulição( o C) CH 4 (metano) - 161,5 C 2 H 6 (etano) - 88,6 C 3 H 8 (propano) - 42,1 C 4 H 10 (butano) - 0,5

18 Pontos de Ebulição (hidrocarbonetos) C 3 H 8 C 4 H 10 C 2 H 6 CH 4 Note a relação linear entre PE e massa molar

19 Pontos de ebulição de compostos simples

20 Ligação de Hidrogênio LIGAÇÃO de HIDROGÊNIO: forma especial de atração dipolo-dipolo, acarreta aumento na intensidade deste tipo de interação. Ligação H é mais forte quando X e Y são N, O, ou F

21 Ligação de H: metanol-água/ água-amônia Ligação H Ligação H

22 Ligação de H: H 2 O Ligação de H: especialmente mais forte na água. Ligação O H mais polar 2 pares isolados sobre átomo de O Explicação para as muitas propriedades da água (alto P.E.).

23 Ligação de H: H 2 O Gelo: estrutura aberta. d gelo < d líquido sólido flutua na água.

24 Ligação de H: Biologia Ligação de H: especialmente importante em sistemas biológicos (por exemplo, DNA). DNA: cadeias em hélices contendo grupos fosfatos e moléculas de açúcar (cadeias helicoidais). Cadeias se ligam umas às outras por ligações de H específicas entre pares de bases: adenina - timina guanina - citosina

25 Região de uma cadeia de DNA Dupla hélice de DNA

26 Pareamento de Bases: ligações H

27 Dupla hélice de DNA

28 Resumo: Forças Intermoleculares

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30 Resumo: Forças Intermoleculares

31 Transição (mudança) de Fase Substância simples: diferentes fases (sólida, líquida e gasosa). Conversão de uma substância de uma fase em outra: TRANSIÇÃO DE FASE

32 Líquidos moléculas estão em movimento constante; existência de forças intermoleculares; moléculas estão próximas; líquidos são quase incompressíveis.

33 Líquidos 2 propriedades fundamentais: EVAPORAÇÃO e CONDENSAÇÃO LÍQUIDO evaporação---> + energia Quebra ligações VAPOR Formação de ligações Liberação de energia <---condensação

34 Líquidos: Evaporação Evaporação: moléculas devem apresentar energia suficiente para romper interações intermoleculares. Rompimento de forças IM requer energia. Processo endotérmico

35 Líquidos Quando moléculas de um líquido estão na fase vapor, elas exercem uma Pressão de Vapor. Pressão de vapor no equilíbrio: pressão exercida pelo vapor sobre um líquido em um recipiente fechado quando: taxa de evaporação = taxa de condensação.

36 Líquidos

37 Líquidos Calor de vaporização: energia necessária (à P cte) para vaporizar um líquido. Líquido + calor ---> Gás Composto H vap (kj/mol) Força IM H 2 O 40,7 (100 o C) ligações de H SO 2 26,8 (-47 o C) dipolo Xe 12,6 (-107 o C) dipolo induzido

38 Líquidos Moléculas na superfície comportam-se diferentemente daquelas no interior. Moléculas na superfície experimentam uma força de atração interna. TENSÃO SUPERFICIAL Exemplos:

39 Líquidos

40 Sólidos Classificação estrutural: 1. cristalino (ordenado): quartzo 2. amorfo (desordenado): vidro Sólidos cristalinos (tipos de ligações): metálicos, iônicos, moleculares e reticulares.

41 Sólidos

42 Tipos de Sólidos Tipo Exemplo Interação Iônico NaCl, CaF 2, ZnS íon-íon Metálico Na, Fe metálica Molecular Gelo, I 2 dipolo dipolo Ind. Reticular Diamante covalente Grafite

43 Propriedades dos Sólidos 1.Moléculas, átomos ou íons organizados em um RETÍCULO CRISTALINO. 2.Partículas estão mais próximas. 3.Interações fortes. 4.Altamente ordenados, rígidos e incompressíveis. ZnS, sulfeto de zinco

44 Retículos cristalinos Arranjo 3D regular CÉLULAS UNITÁRIAS A menor unidade interna que se repete em um sólido.

45 NaCl íons Cl - com íons Na + nos buracos Na + em buracos octaédricos

46 Transição de Fase

47 Transição de Fase Fase líquida Fase sólida Fase gás

48 Diagrama de fase Linhas conectam todas condições de T e P onde o EQUILÍBRIO existe entre as fases. No equilíbrio, as partículas se movem da fase líquida para gás tão rápido quanto do gás para o líquido, por exemplo.

49 Equilíbrio de fases: água Sólido-líquido Gás-Líquido Gás-Sólido

50 Ponto Triplo: Água No PONTO TRIPLO, todas as fases estão em equilíbrio.

51 Próximas Atividades Laboratório