Forças intermoleculares

Transcrição

1 Disciplina: Química Prof.: Ivo Turma: TR 02/06/2016 Tema da aula: Aulas 15 Forças intermoleculares Forças intermoleculares Em condições ambientes, os compostos iônicos são sólidos, devido às forças elétricas de atração existente entre seus cátions e ânions. Os metais são quase todos sólidos, devido à forte união que a ligação metálica exerce sobre seus átomos. As substâncias moleculares, formadas por ligações covalentes, podem ser sólidas, líquidas ou gasosas. Entre as moléculas podem existir forças de intensidades maiores ou menores que acabam influindo nas propriedades das substâncias. No estado gasoso, as moléculas se encontram bastante separadas, movimentando-se com muita liberdade. No estado líquido, as moléculas se encontram mais próximas e unidas, movimentando-se com menor liberdade. No estado sólido, temos as moléculas bem organizadas e ainda mais unidas, com seu movimento muito restrito. O que mantém as moléculas unidas nos estados sólido e líquido são interações por meio das quais as moléculas se atraem mutuamente. Iremos exatamente estudar essas forças ou ligações ou interações intermoleculares. MOLÉCULAS SE ATRAEM POR FORÇAS INTERMOLECULARES, QUE INFLUENCIAM PROPRIEDADES COMO SOLUBILIDADE E PONTO DE EBULIÇÃO As interações intermoleculares são fundamentalmente de três tipos: interações dipolo permanente-dipolo permanente, ligações de hidrogênio e interações dipolo instantâneo-dipolo induzido. Interações dipolo permanente-dipolo permanente Considere uma molécula de HCl. Devido à diferença de eletronegatividade entre H e Cl, essa molécula é polar.

2 Sua extremidade negativa atrai a extremidade positiva de outra molécula vizinha, o mesmo ocorrendo com sua parte positiva, que interage atrativamente com a parte negativa de outra molécula vizinha. Essa força de atração entre os dipolos das moléculas é chamada de interação dipolo-dipolo, interação dipolo permanente-dipolo permanente ou, ainda, interação dipolar. No HCl, no estado líquido ou sólido, são essas forças que mantêm as moléculas unidas, o mesmo acontecendo em todas as substâncias polares. AS INTERAÇÕES DIPOLO PERMANENTE-DIPOLO PERMANENTE OCORREM ENTRE MOLÉCULAS POLARES DE SUBSTÂNCIAS COMO HCl, HBr, HI, H 2Se, H 2Te, PH 3, AsH 3, SbH 3, ÉTER E ACETONA. Ligações de Hidrogênio Os átomos dos elementos flúor (F), oxigênio (O), e nitrogênio (N) são pequenos e muito eletronegativos. Quando estes átomos estão ligados a um átomo de hidrogênio, há uma grande polarização dessa ligação. Isso significa que o polo positivo formado no átomo de hidrogênio será muito intenso. Devido à intensidade deste polo, o átomo de hidrogênio interage com o par de elétrons de outra molécula vizinha. Essa interação intermolecular recebe o nome de ligação de hidrogênio. Trata-se de uma interação mais forte do que as do tipo dipolo-dipolo. Na água (H 2O), no fluoreto de hidrogênio (HF) e na amônia (NH 3), líquidos ou sólidos, são essas forças que mantém as moléculas unidas. AS LIGAÇÕES DE HIDROGÊNIO SÃO INTERAÇÕES QUE OCORREM TIPICAMENTE ENTRE MOLÉCULAS QUE APRESENTAM ÁTOMO DE H LIGADO A F, O OU N.

3 Interações dipolo instantâneo-dipolo induzido Considere uma molécula apolar. Ela possui uma nuvem de elétrons em contínuo movimento. Se, durante uma pequena fração de segundo, essa nuvem eletrônica estiver um pouco mais deslocada para um dos extremos da molécula, podemos dizer que foi criado um dipolo instantâneo, ou seja, por um instante apareceram dois polos na molécula. A extremidade positiva desse dipolo atrai os elétrons da molécula vizinha, na qual, por sua vez, também aparece um dipolo, chamado dipolo induzido, isto é, provocado pela primeira molécula. Esses dois dipolos, o instantâneo e o induzido, se atraem como no caso dos dipolos permanentes. A diferença é que essa situação dura apenas uma fração de segundo. As atrações desse tipo são mais fracas do que entre dipolos permanentes. AS INTERAÇÕES DIPOLO INSTANTÂNEO-DIPOLO INDUZIDO SÃO DECORRENTES DE DISTORÇÕES MOMENTÂNEAS DA NUVEM ELETRÔNICA DAS MOLÉCULAS Essas interações são conhecidas também como forças dipolo induzido-dipolo induzido ou também forças de dispersão de London, em homenagem ao físico Fritz Wolfgang London. Na verdade, elas ocorrem em todas as substâncias, polares ou apolares. Apesar de fracas, são o único tipo de interação intermolecular entre as moléculas das substâncias apolares. Alguns autores chamam essas interações de forças de van der Waals. Contudo, outros autores usam a expressão forças de van der Waals como sinônimo de forças intermoleculares de modo geral. AS FORÇAS INTERMOLECULARES TÊM DIFERENTES INTENSIDADES Dipolo instantâneodipolo induzido Dipolo permanente-dipolo permanente Ligação de hidrogênio

4 Forças intermoleculares e ponto de ebulição Quando uma substância molecular passa do estado líquido para o estado gasoso (por exemplo), ocorre o rompimento de ligações intermoleculares. Quando o HF sofre ebulição, rompem-se ligações de hidrogênio. Quando HCl, HBr ou HI (polares) sofrem ebulição, quebram-se ligações dipolo-dipolo. E quando F 2, Cl 2, Br 2 ou I 2 (apolares) sofrem ebulição, rompem-se interações dipolo instantâneo-dipolo induzido. Dois fatores influenciam o ponto de ebulição das substâncias: o tamanho da molécula e o tipo de força intermolecular existente na substância. Quanto maior for o tamanho da molécula, maior será a superfície de contato dessa, e, portanto, maior área para a atuação das interações intermoleculares, assim mais difícil será fazer a molécula se separar das outras, desprendendo-se da fase líquida e passando para a fase vapor. Assim quanto maior o tamanho da molécula, maior será a temperatura necessária para a fervura, ou seja, maior o ponto de ebulição. Quanto mais fortes forem as interações entre as moléculas, mais unidas elas estarão e, portanto, mais difícil será para que a substância sofra ebulição (maior o ponto de ebulição). Assim, a presença de interações dipolo-dipolo fará com que o ponto de ebulição seja msaior do que se houvesse apenas as interações dipolo instantâneo-dipolo induzido. E a presença de ligações de hidrogênio fará com que o ponto de ebulição seja maior ainda. AO COMPARARMOS DUAS SUBSTÂNCIAS COM O MESMO TIPO DE INTERAÇÃO INTERMOLECULAR, A QUE TIVER MAIOR TAMANHO POSSUIRÁ MAIOR PONTO DE EBULIÇÃO AO COMPARARMOS DUAS SUBSTÂNCIAS COM MASSAS MOLECULARES PRÓXIMAS, A QUE TIVER FORÇAS INTERMOLECULARES MAIS INTENSAS POSSUIRÁ MAIOR PONTO DE EBULIÇÃO Ponto de ebulição (PE) das substâncias simples dos halogênios Substância PE ( C) Flúor (F 2) -188 Cloro (Cl 2) -34 Bromo (Br 2) 59 Iodo (I 2) 184 Ponto de ebulição (PE) dos haletos de hidrogênio Substância PE ( C) HF 20 HCl -85 HBr -66 HI -36 As substâncias simples formadas pelos halogênios têm moléculas apolares, apresentando, todas elas, o mesmo tipo de interação, dipolo instantâneo-dipolo induzido. Assim, é o tamanho crescente que determina a ordem crescente dos pontos de ebulição. Ao compararmos HCl, HBr e HI, deparamos com a mesma situação. Nas três substâncias ocorrem forças dipolo-dipolo, pois são polares.

5 O que determina o curioso e alto ponto de ebulição do HF, que destoa da sequência HCl, HBr, HI é a ligação de hidrogênio. As ligações de hidrogênio são tão fortes que mantêm as moléculas de HF mais coesas que as do HCl, HBr e HI. F2 < Cl2 < Br2 < I2 HF > HCl < HBr < HI Solubilidade O fenômeno da dissolução é fundamentalmente um processo físico-químico, dependendo, em grande extensão, das forças de coesão que ligam: as moléculas do solvente; as partículas do soluto; as moléculas do solvente e as partículas do soluto. Embora não seja possível prever com precisão absoluta quando uma substância é solúvel em outra, podemos estabelecer genericamente que: A dissolução ocorre com facilidade quando as forças de ligação entre as moléculas do solvente, de um lado, e entre as partículas do soluto, de outro, são do mesmo tipo e magnitude. Uma substância é solúvel em outra que lhe é semelhante, interpretando-se esta semelhança do ponto de vista estrutural, de polaridade e caráter das forças intermoleculares. Dessa forma um composto polar é solúvel em solvente polar. Um composto apolar é solúvel em um solvente apolar.

6 Disciplina: Química Prof.: Ivo Turma: TR 02/ 06/2016 Tema da lista de exercício: Lista Aula 15 Forças Intermoleculares 1) Qual das substâncias abaixo apresenta moléculas que, nos estados sólido e líquido, estão associadas por ligações de hidrogênio? a) H2 b) CH4 c) NH3 d)ph3 e) NaH 2) (UFU-MG) As substâncias SO2, NH3, HCl e Br2 apresentam as seguinte interações intermoleculares, respectivamente: a) forças de London, dipolo-dipolo, ligação de hidrogênio e dipolo induzido-dipolo induzido. b) dipolo-dipolo, ligação de hidrogênio, dipolo-dipolo e dipolo induzido-dipolo induzido. c) dipolo-dipolo, ligação de hidrogênio, ligação de hidrogênio e dipolo-dipolo. d) dipolo instantâneo-dipolo induzido, dipolo-dipolo, ligação de hidrogênio, dipolo-dipolo. 3) (Ufersa-RN) Assinale a opção correta. a) As moléculas da água, H2O, apresentam geometria linear, ligações covalentes polares entre seus átomos e interações intermoleculares do tipo pontes de hidrogênio. b) As moléculas do metano, CH4, apresentam geometria tetraédrica, ligações covalentes apolares entre seus átomos e interações intermoleculares do tipo pontes de hidrogênio. c) As moléculas do dióxido de carbono, CO2, apresentam geometria linear, ligações covalentes polares entre seus átomos e interações intermoleculares do tipo forças de London. d) A molécula da amônia, NH3, apresenta geometria octaédrica, ligações iônicas e interações intermoleculares do tipo forças de London. 4) (Unesp-SP) A um frasco graduado contendo 50 ml de álcool etílico foram adicionados 50 ml de água, sendo o frasco imediatamente lacrado para evitar perdas por evaporação. O volume da mistura foi determinado, verificando-se que era menor do que 100 ml. Todo o processo foi realizado à temperatura constante. Com base nessas informações, é correto afirmar que: a) os volumes das moléculas de ambas as substâncias diminuíram após a mistura. b) os volumes de todos os átomos de ambas as substâncias diminuíram após a mistura. c) a distância média entre moléculas vizinhas diminui após a mistura. d) ocorreu reação química entre a água e o álcool. e) nas condições descritas, mesmo que fossem misturados 50 ml de água a outros 50 ml de água, o volume final seria inferior a 100 ml. 5) Indique qual é o tipo de interação intermolecular predominante que mantém unidas as moléculas das seguintes substâncias, nos estados sólido e líquido. a) HBr b) F2 c) CH4 d) CH3OH e) CH3NH2 f) CS2 g) CH2O h) SO2 i) CCl4 j) H2S k) PCl3 l) HCN 6) (UERJ) O H2S é um gás que se dissolve em água. Essa solubilidade decorre da formação de interações moleculares do tipo: a) iônica. b) covalente. c) dipolo-dipolo. d) ligação de hidrogênio. 7) (Unesp-SP) O efeito estufa resulta principalmente da absorção da radiação infravermelha, proveniente da radiação solar, por moléculas presentes na atmosfera terrestre. A energia absorvida é armazenada na forma de energia de vibração das moléculas. Uma das condições para que uma molécula seja capaz de absorver radiação infravermelha é que ela seja polar. Com base apenas neste critério, dentre as moléculas O2, N2 e H2O, geralmente presentes na atmosfera terrestre, contribuem para o efeito estufa: a) O2. b) H2O. c) O2 e N2. d) H2O e N2. e) N2. 8) (UFPI) Estudos recentes indicam que lagartixas podem andar pelo teto e em superfícies lisas utilizando forças intermoleculares entre essas superfícies e os filamentos microscópicos que têm nos pés (meio milhão em cada pé). Assinale o tipo de interação correspondente nesse caso: a) iônica. b) metálica. c) covalente. d) van der Waals. e) nuclear. 9) (UFS-SE) Quando um gás nobre sofre liquefação, seus átomos ficam unidos uns aos outros por ligações químicas denominadas: a) covalentes.

7 b) iônicas c) metálicas. d) pontes de hidrogênio. e) van der Waals. 10) (UEL-PR) No gelo-seco, as moléculas de dióxido de carbono estão unidas por: a) pontes de hidrogênio. b) forças de van der Waals. c) ligações covalentes. d) ligações iônicas. e) ligações metálicas. 11) (UNICAMP) Considere os processos I e II representados pelas equações: I. H2O(l) H2O(g) II. H2O(g) H2(g) + O2(g) Indique quais ligações são rompidas em cada um dos processos. 12) (PUC-PR) O dióxido de carbono, presente na atmosfera e nos extintores de incêndio, apresenta ligação entre os seus átomos do tipo... e suas moléculas estão unidas por....os espaços acima são corretamente preenchidos pela alternativa: a) covalente apolar - forças de Van der Waals b) covalente apolar - atração dipolo induzido-dipolo induzido c) covalente polar - ligações de hidrogênio d) covalente polar - forças de Van der Waals e) covalente polar - atração dipolo-dipolo 13) Dadas as substâncias: 1. CH4 2. SO2 3. H2O 4. Cl2 14) A seguir temos quatro substâncias representadas por suas moléculas: 1. C2H6 2. H3C CH2 CH2 OH 3. H2C CH2 CH2 OH OH 4. C3H8 No estado líquido, os tipos de forças intermoleculares que existem em cada uma dessas substâncias são, respectivamente: a) dipolo induzido, ligação de hidrogênio, dipolo-dipolo, dipolo induzido b) dipolo induzido, ligação de hidrogênio, ligação de hidrogênio, dipolo induzido c) dipolo induzido, ligação de hidrogênio, dipolo induzido, dipolo-dipolo d) ligação de hidrogênio, dipolo-dipolo, dipolo-dipolo, ligação de hidrogênio e) todas são ligações de hidrogênio 15) Qual o tipo de interação que se manifesta: a) entre moléculas NH3 (l)? b) entre moléculas CH4 (l)? 16) (ITA-SP) Considere os seguintes álcoois: I. Etanol II. n-propanol III. n-butanol IV. n-pentanol V. n-hexanol Assinale a opção CORRETA em relação a comparação das solubilidades em água, a 25ºC, dos seguintes álcoois: a) Etanol > n-propanol > n-butanol > n-pentanol > n- hexanol. b) Etanol n-propanol > n-butanol > n-pentanol > n- hexanol. c) Etanol n-propanol > n-butanol n-pentanol > n- hexanol. d) Etanol > n-propanol > n-butanol > n-pentanol < n- hexanol. e) Etanol < n-propanol < n-butanol < n-pentanol < n- hexanol. 17) (UNICAMP-SP) As pontes de hidrogênio formadas entre moléculas de água HOH, podem ser representas por: 5. HCl A que apresenta o maior ponto de ebulição é: a) 1 b) 2 c) 3 d) 4 e) 5

8 Com base neste modelo, represente as pontes de hidrogênio que existem entre moléculas de amônia, NH3. 18) Liste as seguintes moléculas em ordem crescente de ponto de ebulição: H2O Xe LiF LiI H2 BaO SiCl4 SiO2 19) Construa um gráfico de temperatura de ebulição por massa molecular de compostos binários do hidrogênio com elementos do grupo 16 à pressão 1 atm. 20) (Fuvest-SP) A tensão superficial, que provém das forças de atração intermoleculares, é maior na água ou no éter etílico? Por quê?

9

10