Forças de Van der Waals

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1 Sumário 11 Forças Itermoleculares Forças de Va der Waals Iteracções de Keesom (dip. permaete dip. permaete) Factores codicioates: μ, r, T Iteracções de Debye (dip. permaete dip. iduzido) Factores codicioates: μ, r, α Iteracções de Keesom (dip. istatâeo dip. istatâeo) Factores codicioates: α, r Importâcia relativa das Forças de va der Waals Ligação de idrogéio Propriedades dos ompostos Moleculares Temperaturas de fusão e de ebulição Miscibilidade e solubilidade Viscosidade Tesão superficial

2 FRÇAS INTERMLEULARES Raios covaletes e de Va der Waals para o idrogéio, Azoto e xigéio. N rcov. (Å) r W (Å)

3 FRÇAS DE VAN DER WAALS 1. INTERAÇÕES DE KEESM dipoloo permaete dipolo permaete E = 1 K (4πε ) 0 2 2μμ μ 3kTr r 6 E K depede: mometo dipolar, μ distâcia itermolecular, r temperatura, T

4 2. INTERAÇÕES DE DEBYE dipolo permaete dipolo iduzido μ r id r = α E α polarizabilidade Gas raro Número de electrões α (Å 3 ) e 2 0,203 Ne 10 0,392 Ar 18 1,63 Kr Xe ,46 4,01 E D = α 2 2.μ1 + α. μ r

5 3. INTERAÇÕES DE LNDN dipolo istatâeo dipolo istatâeo E L = 2 3E E i1 i2 1 + ( ) E E r i1 i2 α α 6 2 E P ( atract.) 1 2 μμ 3 I I a = = r k T I I r μα μα αα E P ( repuls.) = b r E VW a = + r 6 b r

6 Importâcia das forças de Va der Waals omposto (μ, D) (α, Å 3 ) Keesom Debye Lodo Total Ar I Br l N DILRBENZENS α (Å 3 ) μ (D) T eb (º) l l l l l l

7 oclusões: 1. Iteracções de Debye têm em geral pouca importâcia. 2. Iteracções de Keesom são domiates para moléculas de mometo dipolar elevado e polarizabilidade baixa. 3. Iteracções de Lodo são domiates para moléculas de grade polarizabilidade, mesmo tedo mometo dipolar elevado.

8 LIGAÇÃ DE IDRGÉNI Temperatura de Ebulição º F N 3 2 S Si 4 2 Se Ge 4 2 Te S omposto α (Å 3 ) μ (D) T eb ( ) , ,95 1,69 79 omposto α (Å 3 ) μ (D) Teb ( ) Fluoroetao, 2 5 F ,94 37,6 Metaol, 3 3,29 1,70 64,6

9 A LIGAÇÃ DE IDRGÉNI É DIREINAL Espectroscopia de Raios X ÁID FLURÍDRI (F) ÁID BÓRI

10 ÁID XÁLI GEL

11 As forças itermoleculares são aormalmete altas quado a molécula tem um átomo de ligado a N, ou F. âgulo θ é 180º efeito é explicado pela preseça de LIGAÇÕES DE IDRGÉNI A = N,, F e B = N,, F

12 TERIAS DA LIGAÇÃ DE IDRGÉNI 1. Teoria electrostática (Paulig Keesom forte) A δ δ+ B δ R δ+ = TM aplicada à Ligação de (carácter covalete) ENERGIA DA LIGAÇÃ DE IDRGÉNI Ligação Eergia ( kj / mol) 25 N 20 N 10 N N 25 N F 20 F F 30

13 PLÍMERS 2 2 Etileo Moómero Polietileo Polímero GRAU DE PLIMERIZAÇÃ úmero total de uidades repetitivas (moómeros), icluido os grupos termiais (= +2) PES MLEULAR (distribuição de pesos moleculares) M = x M im i N i úmero de moléculas com massaa M i x i =N i /N - fracção de moléculas com massa M M i M - peso molecular médio (média umérica)

14 TEMPERATURA DE TRANSIÇÃ VÍTREA, T T V rgaização de macromoléculas um sólido semicristalio. Volume específico Sólido ão cris stalio Líqu quido Polímero sem emi-cristali o ristal T v T f Variação do volume específico molar de um sólido com a temperatura: cristalio, amorfo, semicristalio. T

15 MEANISMS DE PLIMERIZAÇÃ PLIADIÇÃ ADIÇÃ EM ADEIA X 2 X 2 INIIAÇÃ R R Δ 2 R R R + X moómero X PRPAGAÇÃ R R + X X X X X TERMINAÇÃ R + R R-R

16 Exemplos: MPLÍMERS DE ADIÇÃ PLIPRPILEN PLIESTIREN 2 2 Exemplos: PLÍMERS DE ADIÇÃ LIGAÇÃ DUPLA PERMITE INTRDUZIR RSS-LINKS

17 PLINDENSAÇÃ PLIMERIZAÇÃ PR PASSS + Diol Diácido + (2-1) 2 Poliéster á elimiação de moléculas pequeas: 2, R, l,... R R l Si l l Si R R

18 PRPRIEDADES de PLÍMERS DEPENDEM: FRÇAS INTERMLEULARES, ESTRUTURA MLEULAR D MNÓMER E ESTRUTURA D PLÍMER 1. Polímeros cristalios ou Semi-cristalios PERENTAGEM DE RISTALITS ELEVADA aracterizam-se por uma temperaturaa de fusão T f 2. Polímeros amorfos (Percetagem de cristalitos baixa) aracterizam-se por uma temperatura de trasição vítrea-t v Elastómeros: T v < T ambie te Termoplásticos: T v > T ambie ete

19 Polímeros cristalios ou Semi-cristalios 1. Estruturas estereo-regulares sidiotático isotático 2. Forças itermoleculares direccioais Keesom e Ligação de idrogéio Poliamida (Nylo 6,6)

20 MDIFIAÇÃ DE PRPRIEDADES RETIULAÇÃ (formação de redes tridimesioais) 1. Vulcaização da borracha - Ligações cruzadas cross-liks S S S S S S S S exofre o estado atural S 8 S x 1 ligação cruzada por 300 moómeros x 3 S x

21 2. Ligação de RESINAS EPXÍDIAS (+1) + (+2) l 2 2 Na -(+2) Nal RESINA EPXÍDIA As extremidades epoxy reagem com: 2 N N 2 aidridos para dar redes desas - olas de dois compoetes (tipo ARALDITE )* - Fibras de vidro para barcos de recreio, lamiados, etc. * 3 3

22 3. RESINAS FENL-FRMALDEÍD pré-polímero polimerização em molde rede tridimesioal - aixas e partes de material eléctrico - Iterruptores - Telefoes (atigos) - Aquecedores, etc. - Revestimetos de mobiliário (Formika )

23 PLIETILEN EXEMPLS E APLIAÇÕES Isolador eléctrico - Tubages - Empacotameto (filmes) - Sacos - Agricultura (cobertura de estufas) PLIPRPILEN Fibras (cordoaria, carpetes) - Empacotameto (filmes e semi-rígidos) - Tubages PLIESTIREN Plástico de uso geral - Isolador térmico - Empacotameto de artigos frágeis - Plástico de egeharia (sidiotático)

24 PLI(LRET DE VINIL) l 2 l 2 - Tubages - hão - Empacotameto (garrafas, tupperware, etc. ) - Magueiras, impermeáveis, capas de assetos PLI(TETRAFLURETILEN) TEFLN F 2 F 2 F 2 F 2 - Não dissolve em solvetes orgâicos - Termicamete estável - Utesílios de coziha (ão colate) - Revestimetos de frigideira - Impermeabilizates PLI(ARILNITRIL) N 2 N 2 - Fibras acrílicas (rlo) - Isolúvel a maior parte dos solvetes - Percursor das fibras de carboo

25 FIBRAS DE ARB N Δ N N N N N N Δ N N N Fibra de carboo - Materiais estruturalmetee duros - odutores eléctricos

26 Poliésters PLI(ETILEN TEREFTALAT) 2 2 Etileoglicol Ácido Tereftálico 2 2 Poliéster - Pricipal polímero dos téxteis poliésteres (fibras texteis) - Garrafas de refrigerates - Plástico de egeharia (costrução de moldes) PLIARBNATS l l -2l Fabrico de letes orgâicas - Vidro de seguraça - otetores de bebidas PLI(SILXANS) (Silicoes) l R Si l l R Si R R - Borrachas (-30 a 200º) (alto peso molecular) - Óleos (baixo peso molecular)

27 Poliamidas NYLN N 2 N N 2 N 6 KEVLAR + 2 N N N N - Fibras resistetes Kevlar

28 PLÍMERS SEMINDUTRES PTELETRÓNIA PLIVINILEN PLIFENILENVINILEN PLITIFEN PLIFLUREN

29 RES D PLIFLUREN - LEDs (rgaic Light-Emittig Devices)