As ligações intermoleculares devem-se a forças de natureza eletrostática e explicam a coesão (ligação) entre moléculas.
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- Antônio Igrejas Sabala
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1 2.1.3 Ligações intermoleculares (com alterações no original) As ligações intermoleculares devem-se a forças de natureza eletrostática e explicam a coesão (ligação) entre moléculas. As ligações intermoleculares também existem entre iões e moléculas (por exemplo, em soluções aquosas) ou entre átomos (por exemplo, nos gases nobres). A intensidade das ligações intermoleculares é quase sempre muito inferior à das ligações intramoleculares (ligações entre átomos nas moléculas). 2 1
2 Forças de van der Waals Chamam-se forças de van der Waals às ligações intermoleculares que podem ocorrer: entre moléculas polares: interações dipolo permanente-dipolo permanente ou, apenas, interações dipolo-dipolo; entre moléculas polares e apolares ou átomos: interações dipolo permanente-dipolo induzido; entre moléculas apolares: forças de dispersão ou forças de [dispersão] de London ou interações dipolo instantâneodipolo induzido). As ligações entre moléculas polares surgem devido à distribuição assimétrica de carga (dipolos elétricos) nestas moléculas, da qual resultam forças atrativas entre moléculas. 3 1) Forças de van der Waals entre moléculas polares: Interações dipolo permanente-dipolo permanente Dipolo permanente: distribuição assimétrica de carga permanente na molécula Atração As interações dipolo permanente-dipolo permanente atuam entre moléculas polares, como por exemplo o HCl. As moléculas polares têm cargas opostas nas suas extremidades e tendem a orientar-se de modo que a sua extremidade negativa fique próxima da extremidade positiva de outra molécula. Quanto maior for a distribuição assimétrica de carga, maior será a força que as liga. Exemplo: Cloreto de hidrogénio, HCl (moléculas polares) 4 2
3 2) Força de van der Waals entre moléculas polares e apolares: Interação dipolo permanente dipolo induzido As ligações entre moléculas polares e apolares surgem porque uma molécula polar pode induzir uma distribuição assimétrica de carga numa molécula apolar. Entre a molécula polar e a molécula com polaridade induzida surgem forças atrativas similares às que existem entre moléculas polares, embora menos intensas. A Propano (moléculas apolares); B Acetona (moléculas polares) 5 2) Força de van der Waals entre moléculas polares e apolares: Interação dipolo permanente dipolo induzido B A Atração : Interação dipolo permanente dipolo induzido Quando se misturam substâncias constituídas por moléculas polares com outras constituídas por moléculas apolares, as moléculas polares provocam o aparecimento de polaridade nas moléculas apolares. O polo negativo da molécula polar (H 2 O) repele a nuvem eletrónica da molécula apolar (O 2 ), deformando-a, o que provoca o aparecimento de uma distribuição eletrónica polar (dipolo induzido). Estas forças, em geral, são pouco intensas. A Oxigénio (moléculas apolares); B Água (moléculas polares) 6 3
4 3) Forças de van der Waals entre moléculas apolares: Forças de dispersão OU Forças de [dispersão ] de London OU Interações dipolo instantâneo-dipolo induzido As forças atrativas também existem entre moléculas apolares, como é o caso do I 2. A B A e B são moléculas apolares A Na molécula A surge um dipolo instantâneo As moléculas apolares podem sofrer distorções momentâneas da sua nuvem eletrónica, de onde resultam distribuições assimétricas de carga, as quais induzem assimetrias de carga em moléculas próximas. B 7 A B Na molécula B surge um dipolo induzido 3) Forças de London (Interações dipolo instantâneo-dipolo induzido) A distribuição assimétrica de carga momentânea numa molécula (A) induz o mesmo fenómeno numa outra molécula que lhe esteja próxima (B). A 1.º: Qualquer molécula apolar (ou átomo) pode sofrer uma deformação instantânea e aleatória da sua nuvem eletrónica, originando uma distribuição assimétrica de carga elétrica instantânea (dipolo elétrico instantâneo) Em A: Dipolo instantâneo 2.º: O dipolo instantâneo provoca/induz nas moléculas apolares (ou átomos) próximas uma distribuição assimétrica de carga instantânea induzida (dipolo induzido) 8 B Em B: Dipolo induzido 4
5 Ligações de hidrogénio As ligações intermoleculares que se estabelecem entre moléculas de água são mais fortes que as resultantes de ligações entre moléculas polares. Elas são mais fortes que a generalidade das outras ligações intermoleculares. As ligações de hidrogénio devem-se à elevada assimetria de carga em ligações como O-H, N-H ou H-F. 9 Ligações de hidrogénio (ou Pontes de Hidrogénio) Em determinadas substâncias moleculares, em que o hidrogénio está presente, surgem ligações mais fortes do que as ligações de van der Waals as chamadas ligações de hidrogénio. As ligações de hidrogénio surgem quando há ligações covalentes muito polares como O-H, N-H e F-H. O hidrogénio (H), numa ligação polar O-H, N-H ou F-H, liga-se a um átomo de nitrogénio (N), oxigénio (O) ou flúor (F) com 1 ou mais pares de eletrões não ligante da molécula vizinha (igual ou de outra substância). Nota: Não há partillha de eletrões entre as moléculas. As ligações de hidrogénio, ou pontes de hidrogénio, representam--se por linhas a tracejado. 5
6 Interação ião-dipolo permanente (interação ião-distribuição assimétrica de carga permanente) Este tipo de interação ocorre entre um composto iónico e uma molécula polar. Quando se dissolve um composto iónico num solvente polar, surgem forças de natureza eletrostática entre os iões e as moléculas polares. É o que acontece quando se dissolve cloreto de sódio (NaCl) em água (H 2 O): Os iões Na + e Cl ficam rodeados por moléculas de água. Os iões ligam-se assim às moléculas de água, ocorrendo a dissolução do composto. Interações dipolo permanente-dipolo permanente Interações dipolo permanentedipolo induzido Interações dipolo instantâneodipolo induzido 12 6
7 13 Miscibilidade Se adicionarmos etanol a água, estes dois líquidos misturam-se completamente em todas as proporções. A água e o etanol são miscíveis, pois formam uma solução homogénea. Mas se adicionarmos óleo e água ou verificamos que estes não se misturam (formam camadas distintas ou uma mistura heterogénea), isto é, são dois líquidos imiscíveis. Água e óleo, líquidos imíscíveis. 14 7
8 Miscibilidade A miscibilidade de dois líquidos depende de múltiplos fatores, um dos quais é o tipo de ligações intermoleculares que se estabelecem entre as moléculas dos dois líquidos, que dependem das polaridades destas unidades estruturais. Em geral: Um líquido constituído por moléculas polares, como a água, tendem a dissolver substâncias cujas unidades estruturais sejam moléculas polares e iões; Um líquido constituído por moléculas apolares, como o Cl 2 C=CCl 2, tetracloroeteno, dissolverá bem substâncias constituídas por moléculas apolares como CCl 4 (tetracloreto de carbono) e não a água (polar). Daí, a regra prática semelhante dissolve semelhante ou polar dissolve polar e apolar dissolve apolar para uma previsão da miscibilidade, embora haja exceções
9 Dois líquidos tendem a ser miscíveis (a dissolverem-se um no outro em quaisquer proporções) quando as intensidades das interações entre as moléculas dos 2 líquidos misturados é semelhante (ou superior) à intensidade das interações entre as moléculas de cada líquido. Como a intensidade das interações intermoleculares depende da polaridade das moléculas, é previsível que líquidos com moléculas polares dissolvam facilmente líquidos com moléculas polares e líquidos com moléculas apolares dissolvam facilmente líquidos com moléculas apolares. 17 Exemplo 1: É previsível que os líquidos H 2 O (água) e CH 3 -CH 2 -OH (etanol) sejam muito miscíveis porque ambos têm moléculas polares No etanol e na água estabelecem-se interações intermoleculares por ligações de hidrogénio (um caso particular de interações entre moléculas polares), as quais passam a ocorrer entre as moléculas de etanol e de água quando estas se misturam. 18 9
10 Exemplo 2: É previsível que o CH 3 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 3 (pentano), composto apolar, não seja miscível em H 2 O (água), que é formado por moléculas polares Entre as moléculas de água estabelecem-se predominantemente ligações de hidrogénio (porque em cada molécula de água existem ligações H-O e átomo H pode interagir com pares de eletrões não ligantes de outro átomo, O, numa molécula vizinha). Se as moléculas de água se ligassem às moléculas de pentano, as novas ligações intermoleculares seriam predominantemente interações dipolo permanente-dipolo induzido, mais fracas que as ligações de hidrogénio. Deste modo, as moléculas de água não se separam, pois preferem estar num agregado mais estável, e, por isso, o pentano e a água são imiscíveis. 19 Ligações de hidrogénio As ligações de hidrogénio permitem explicar a miscibilidade de álcoois entre si e, em muitos casos, também em água. Explicam também a elevada solubilidade de açúcares em água. Tanto álcoois como açúcares têm grupos -OH, tal como a água. As ligações intermoleculares são aditivas, isto é, podem atuar simultaneamente e os seus efeitos somam-se
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