LIGAÇÕES INTERMOLECULARES

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Samuel Castanho de Sá
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1 Ligações Intermoleculares 1 LIGAÇÕES INTERMOLECULARES Introdução O que mantém as moléculas unidas nos estados líquido e sólido? Que força faz a água, contrariando a gravidade, subir por um capilar? Como alguns insetos podem andar sobre a água? Por que o DNA tem a configuração de dupla-hélice? Como a lagartixa consegue caminhar pela parede, mesmo no teto? A resposta para estas questões está nas forças intermoleculares, que são responsáveis pelos três estados de agregação da matéria. Sem elas só existiriam gases. As forças intermoleculares, também chamadas de forças de van der Waals, surgem de uma atração eletrostática entre nuvens de elétrons e núcleos atômicos. São fracas, se comparadas às ligações covalentes ou iônicas. Mas forte o suficiente para sustentar uma lagartixa no teto da sala. As moléculas de algumas substâncias, embora eletricamente neutras, podem possuir um dipolo elétrico permanente. Devido a alguma distorção na distribuição da carga elétrica, um lado da molécula fica ligeiramente mais positivo e o outro ligeiramente mais negativo. A tendência é destas moléculas se alinharem e interagirem umas com as outras, por atração eletrostática entre dipolos opostos. Esta interação é chamada de dipolo-dipolo. P. ex.: entre as moléculas de metanol e clorofórmio (ambas polares). Ainda, moléculas com dipolos permanentes podem distorcer a distribuição de carga elétrica em moléculas vizinhas, mesmo as que não possuem dipolos (as apolares), através de uma polarização induzida. Esta interação é chamada de dipolodipolo induzido. P. ex.: entre as moléculas de propanal (polar) e n-hexano (apolar). Moléculas que não possuem momento de dipolo permanente (p. ex.: benzeno, hélio, neônio, etc.) apresentam força de atração intermolecular, caso contrário não seriam líquidas (benzeno) ou não poderiam ser liquefeitas (hélio e neônio). A natureza destas forças foi primeiramente reconhecida pelo físico polonês Fritz London, que as relacionou com o movimento eletrônico nas moléculas. London sugeriu que, em um determinado instante, o centro de carga negativa dos elétrons e de carga positiva no núcleo poderia não coincidir. Esta flutuação eletrônica poderia transformar as moléculas

A resposta para estas questões está nas forças intermoleculares, que são responsáveis pelos três estados de agregação da matéria. Sem elas só existiriam gases.

2 Ligações Intermoleculares 2 apolares, tal como o benzeno, em dipolos momentâneos. Estes dipolos instantâneos podem induzir a polarização em moléculas adjacentes, resultando em forças atrativas. Estas forças atrativas são conhecidas como forças de dispersão (ou forças de London) e estão presentes em todas as moléculas apolares. P. ex.: entre as moléculas de n- hexano e n-octano. Algumas moléculas, entretanto, exibem um tipo especial de interação dipolodipolo. É o caso da água. Na molécula de água, os elétrons da ligação covalente O-H não estão igualmente compartilhados entre os átomos. Os hidrogênios ligados ao oxigênio formam o lado positivo do dipolo permanente desta molécula. Estes hidrogênios podem interagir com as regiões negativas (o oxigênio) de outras moléculas de água, resultando em uma forte rede de ligações intermoleculares. Esta interação é chamada de ligação de hidrogênio e ocorre entre átomos de hidrogênio ligados a elementos como oxigênio, flúor e nitrogênio, com átomos de O, F e N de outras moléculas. Esta interação é a mais intensa de todas as forças intermoleculares. P. ex.: entre as moléculas de metanol e água. Como conseqüência das fortes interações moleculares, a água apresenta algumas propriedades especiais: i) uma elevada tensão superficial (propriedade que faz com que o líquido se comporte como se tivesse uma membrana elástica na sua superfície, alguns insetos conseguem caminhar sobre a água); ii) alta temperatura de ebulição; iii) elevado calor específico; iv) capacidade de dissolver uma gama enorme de compostos iônicos e alguns compostos moleculares, p. ex: NaCl e sacarose. Objetivos Investigar a relação entre a estrutura das moléculas e suas propriedades físicas, como volatilidade, viscosidade e solubilidade. Desenvolver uma explicação para estas observações em termos de forças intermoleculares.

Algumas moléculas, entretanto, exibem um tipo especial de interação dipolodipolo. É o caso da água.

3 Ligações Intermoleculares 3 Procedimento PARTE A. VOLATILIDADE RELATIVA Coloque três gotas, separadamente, das amostras líquidas citadas abaixo em vidros de relógio. Aguarde e acompanhe atentamente a evaporação de cada amostra. Amostras: água, n-pentano, n-dodecano e etanol. 1- Quais amostras evaporam mais rapidamene? 2- Que fator estrutural está ligado à maior ou menor volatilidade, ou seja, à maior ou menor pressão de vapor? 3- Que tipo de força intermolecular está presente nestas moléculas? PARTE B. VISCOSIDADE RELATIVA Em três tubos de ensaio limpos e secos coloque 1 ml de cada amostra, de acordo com a tabela abaixo. Tubo 1 Tubo 2 Tubo 3 n-hexano glicerol água Agitando delicadamente cada tubo tente determinar qual líquido tem a maior e a menor viscosidade. 1- Qual é a ordem de viscosidade entre os três líquidos? 2- Qual é o tipo de força intermolecular em cada caso? 3- Há algum tipo de correlação, de acordo com as suas observações, entre força intermolecular e viscosidade? PARTE C. MISCIBILIDADE MÚTUA Em três tubos de ensaio limpos e secos coloque dois líquidos diferentes (você pode escolher) e verifique a solubilidade. Amostras: n-hexano, etanol, acetato de butila e etilenoglicol. Agite bem cada tubo e decida se cada par de substâncias são miscíveis ou não.

2- Que fator estrutural está ligado à maior ou menor volatilidade, ou seja, à maior ou menor pressão de vapor? 3- Que tipo de força intermolecular está presente nestas moléculas? PARTE B.

4 Ligações Intermoleculares 4 1- Quais pares são miscíveis e quais são imiscíveis? 2- Qual é o tipo de força intermolecular presente em cada caso? 3- Baseado nas suas observações, você espera que o composto etilenoglicol seja miscível com a água? Por que? PARTE D. SOLUBILIDADE DE SÓLIDOS Em três tubos de ensaio limpos e secos, coloque uma ponta de espátula de cada um dos sólidos, separadamente: naftaleno, sacarose e iodo. Em cada tubo adicione 5 ml de água. Repita a operação, adicionando a três novos tubos, 5mL de n- hexano e os compostos sólidos. 1- Construa uma tabela de solubilidade em água e solubilidade em hexano para todos os sólidos investigados. 2- Qual é o tipo de força intermolecular presente em cada caso? 3- Suponha que você tenha uma mistura de NaCl e iodo. A esta mistura você adicione 1 ml de água e 1 ml de hexano, o que iria acontecer? Faça uma previsão do que você esperaria em observar, baseado nos seus resultados anteriores. Substâncias Investigadas e Massas Molares água: 18,01 g/mol etanol: 46,07 g/mol n-hexano: 86,18 g/mol n-dodecano: 170,34 g/mol etilenoglicol: 62,07 g/mol

SOLUBILIDADE DE SÓLIDOS Em três tubos de ensaio limpos e secos, coloque uma ponta de espátula de cada um dos sólidos, separadamente: naftaleno, sacarose e iodo. Em cada tubo adicione 5 ml de água.

5 Ligações Intermoleculares 5 glicerol: 92,09 g/mol acetato de butila: 116,16 g/mol naftaleno: 128,17 g/mol sacarose: 342,30 g/mol iodo: 253,81 g/mol Referências Revista eletrônica de química da universidade federal de Santa Catarina

342,30 g/mol iodo: 253,81 g/mol Referências Revista

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