Forças intermoleculares

Transcrição

1 Forças intermoleculares Ligação de hidrogênio

2 Forças intermoleculares Ligação de hidrogênio

3 Forças intermoleculares Ligação de hidrogênio As ligações de hidrogênio são responsáveis pela: Flutuação do gelo Os sólidos são normalmente mais unidos do que os líquidos; Portanto, os sólidos são mais densos do que os líquidos. O gelo é ordenado com uma estrutura aberta para otimizar a ligação H. Conseqüentemente, o gelo é menos denso do que a água. Na água, o comprimento da ligaçao H-O é 1,0 Å. O comprimento da ligação de hidrogênio O H é 1,8 Å. O gelo tem águas ordenadas em um hexágono regular aberto. Cada δ+ H aponta no sentido de um par solitário no O.

4 Forças intermoleculares Ligação de hidrogênio

5 Forças intermoleculares

6 Algumas propriedades dos líquidos Viscosidade Viscosidade é a resistência de um líquido em fluir. Um líquido flui através do deslizamento das moléculas sobre outras. Quanto mais fortes são as forças intermoleculares, maior é a viscosidade. Tensão superficial As moléculas volumosas (aquelas no líquido) são igualmente atraídas pelas suas vizinhas.

7 Algumas propriedades dos líquidos Viscosidade

8 Algumas propriedades dos líquidos Tensão superficial

9 Algumas propriedades dos líquidos Tensão superficial As moléculas da superfície são atraídas apenas para dentro no sentido das moléculas volumosas. Conseqüentemente, as moléculas da superfície estão mais densamente empacotadas do que as moléculas volumosas. A tensão superficial é a energia necessária para aumentar a área superficial de um líquido. As forças de coesão ligam as moléculas entre si. As forças de adesão ligam as moléculas a uma superfície.

10 Algumas propriedades dos líquidos Tensão superficial Menisco é a forma da superfície do líquido. Se as forças de adesão são maiores do que as forças de coesão, a superfície do líquido é atraída para o seu recipiente mais do que as moléculas volumosas. Portanto, o menisco tem formato de U (por exemplo, água em um copo). Se as forças de coesão são maiores do que as forças de adesão, o menisco é curvo para baixo. Ação capilar: Quando um tubo de vidro estreito é colocado em água, o menisco puxa a água para o topo do tubo.

11 Mudanças as de fase As moléculas da superfície são atraídas apenas para dentro no sentido das moléculas volumosas. Sublimação: sólido gás. Vaporização: líquido gás. Derretimento ou fusão: sólido líquido. Deposição: gás sólido. Condensação: gás líquido. Congelamento: líquido sólido.

12 Mudanças as de fase

13 Variações de energia acompanhado as mudanças de fase Sublimação: H sub > 0 (endotérmica). Vaporização: H vap > 0 (endotérmica). Derretimento ou Fusão: H fus > 0 (endotérmica). Deposição: H dep < 0 (exotérmica). Condensação: H cond < 0 (exotérmica). Mudanças as de fase Congelamento: H cong < 0 (exotérmica).

14 Mudanças as de fase Variações de energia acompanhando as mudanças de fase Geralmente o calor de fusão (entalpia de fusão) é menor do que o calor de vaporização : mais energia é gasta para separar completamente as moléculas do que para separá-las parcialmente.

15 Mudanças as de fase

16 Mudanças as de fase Variações de energia acompanhando as mudanças de fase Todas as mudanças de fase são possíveis sob as condições corretas. A sequência aquecer sólido derreter aquecer líquido ferver aquecer gás é endotérmica. A sequência resfriar gás condensar resfriar líquido congelar resfriar sólido é exotérmica.

17 Mudanças as de fase Curvas de aquecimento O gráfico de variação da temperatura versus calor fornecido é uma curva de aquecimento. Durante a mudança de fase, a adição de calor não provoca nenhuma variação na temperatura. Esses pontos são usados para calcular o H fus e o H vap. Super-resfriamento: ocorre quando um líquido é resfriado abaixo de seu ponto de fusão e ele permanece como um líquido. Atingido através da manutenção da temperatura baixa e do aumento da energia cinética para a quebra das forças intermoleculares.

18 Mudanças as de fase

19 Mudanças as de fase Temperatura e pressão críticas Os gases são liquefeitos sob o aumento da pressão a uma temperatura. Temperatura crítica: a temperatura mínima para liquefação de um gás utilizando pressão. Pressão crítica: a pressão necessária para a liquefação.

20 Mudanças as de fase Temperatura e pressão críticas

21 Pressão do vapor Explicando a pressão de vapor no nível molecular Algumas das moléculas na superfície de um líquido têm energia suficiente para escaparem da atração do líquido volumoso. Essas moléculas se movimentam na fase gasosa. À medida que aumenta o número de moléculas na fase gasosa, algumas das moléculas atingem a superfície e retornam ao líquido. Após algum tempo, a pressão do gás será constante à pressão de vapor.

22 Pressão do vapor Explicando a pressão de vapor no nível molecular

23 Pressão do vapor Explicando a pressão de vapor no nível molecular Equilíbrio termodinâmico: o ponto em que tantas moléculas escapam da superfície quanto as que atingem. A pressão de vapor é a pressão exercida quando o líquido e o vapor estão em equilíbrio dinâmico. Volatilidade, pressão de vapor e temperatura Se o equilíbrio nunca é estabelecido, então o líquido evapora. As substâncias voláteis evaporam rapidamente.

24 Pressão do vapor Volatilidade, pressão de vapor e temperatura Quanto mais alta for a temperatura, mais alta a energia cinética média, mais rapidamente o líquido evaporará.

25 Pressão do vapor Volatilidade, pressão de vapor e temperatura

26 Pressão do vapor

27 Pressão do vapor Pressão de vapor e ponto de ebulição Os líquidos entram em ebulição quando a pressão externa se iguala à pressão de vapor. A temperatura do ponto de ebulição aumenta à medida que a pressão aumenta.

28 Pressão do vapor Pressão de vapor e ponto de ebulição Duas maneiras de levar um líquido à ebulição: aumentar a temperatura ou diminuir a pressão. As panelas de pressão operam a alta pressão. A alta pressão o ponto de ebulição da água é mais alto do que a 1 atm. Conseqüentemente, há uma temperatura mais alta em que a comida é cozida, reduzindo o tempo necessário de cozimento. O ponto de ebulição normal é o ponto de ebulição a 760 mmhg (1 atm).

29 Diagrama de fases Diagrama de fases: gráfico da pressão versus temperatura resumindo todos os equilíbrios entre as fases. Dada uma temperatura e uma pressão, os diagramas de fases nos dizem qual fase existirá. Qualquer combinação de temperatura e pressão que não esteja em uma curva representa uma fase única.

30 Diagrama de fases Características de um diagrama de fases: Ponto triplo: temperatura e pressão nas quais todas as três fases estão em equilíbrio. Curva de vapor-pressão: geralmente, à medida que a pressão aumenta, a temperatura aumenta. Ponto crítico: temperatura e pressão críticas para o gás. Curva de ponto de fusão: à medida que a pressão aumenta, a fase sólida é favorecida, se o sólido é mais denso do que o líquido. Ponto de fusão normal: ponto de fusão a 1 atm.

31 Diagrama de fases

32 Diagrama de fases Diagramas de fases de H 2 O e CO 2

33 Diagrama de fases Água: Diagramas de fases de H 2 O e CO 2 A curva do ponto de fusão inclina para a esquerda porque o gelo é menos denso do que a água. O ponto triplo ocorre a 0,0098 C e a 4,58 mmhg. O ponto de fusão (congelamento) é 0 C. O ponto de ebulição normal é 100 C. O ponto crítico é 374 C e 218 atm.

34 Diagrama de fases Diagramas de fases de H 2 O e CO 2 Dióxido de carbono: O ponto triplo ocorre a -56,4 C e a 5,11 atm. O ponto de sublimação normal é -78,5 C. (A 1 atm, o CO 2 sublima, ele não funde.) O ponto crítico ocorre a 31,1 C e a 73 atm.

35 Estruturas dos sólidos Células unitárias Sólido cristalino: arranjo definido e bem ordenado de moléculas, átomos ou íons. Os cristais têm uma estrutura ordenada, que se repete. A menor unidade que se repete em um cristal é uma célula unitária. A célula unitária é a menor unidade com toda a simetria de um cristal inteiro. Uma pilha tridimensional de células unitárias é a rede cristalina.

36 Estruturas dos sólidos Célula unitária

37 Estruturas dos sólidos Células unitárias Três tipos comuns de células unitárias. Cúbica primitiva, átomos nas extremidades de um cubo simples, cada átomo é compartilhado por oito células unitárias. Cúbica de corpo centrado (ccc), átomos nos vértices de um cubo mais um no centro do corpo do cubo. Os átomos das extremidades são compartilhados por oito células unitárias, e o átomo central está completamente incluso em uma célula unitária. Cúbica de face centrada (cfc), átomos nas extremidades de um cubo mais um átomo no centro de cada face do cubo. os átomos das extremidades são compartilhados por oito células unitárias, e os átomos das faces são compartilhados por duas células unitárias.

38 Estruturas dos sólidos Células unitárias

39 Estruturas dos sólidos Células unitárias

40 Estruturas dos sólidos Células unitárias

41 Estruturas dos sólidos A estrutura cristalina do cloreto de sódio Duas maneiras equivalentes de definir a célula unitária: os íons de Cl - (maiores) estão nas extremidades da célula, ou os íons de Na + (menores) estão nas extremidades da célula. A proporção cátion-ânion em uma célula unitária é a mesma para o cristal. No NaCl, cada célula unitária contém o mesmo número de íons de Na + e de Cl -. Observe que a célula unitária para o CaCl 2 precisa de duas vezes mais íons Cl - do que íons Ca 2+.

42 Estruturas dos sólidos A estrutura cristalina do cloreto de sódio

43 Estruturas dos sólidos A estrutura cristalina do cloreto de sódio

44 Estruturas dos sólidos Empacotamento denso de esferas Os sólidos têm forças intermoleculares máximas. As moléculas podem ser modeladas por esferas. Os átomos e íons são esferas. Os cristais moleculares são formados através de empacotamento denso de moléculas. Racionalizamos a força intermolecular máxima em um cristal através do empacotamento denso de esferas.

45 Estruturas dos sólidos Empacotamento denso de esferas Quando as esferas são empacotadas da maneira mais densa possível, há pequenos espaços entre as esferas adjacentes. Os espaços são denominados orifícios intersticiais. Um cristal é formado pela superposição de camadas de esferas densamente empacotadas. Existe apenas uma posição para a segunda camada de esferas.