Interações Intermoleculares

Interações Intermoleculares

1. Ligação de Hidrogênio

   • Caso particular das interações dipolo - dipolo
   • Muito mais intensas, e específicas para um determinado conjunto de átomos.
   • ~20 kj/mol
   • Ocorre quando o H está ligado a átomos fortemente eletronegativos, como F, O e N.
     • Embora recentemente há evidências e interações "não clássicas".
     • Depende intensamente da orientação espacial da molécula

2. Interações entre moléculas, que possibilitam a formação do estado líquido e sólido (fase condensada).

   • Definem os estados físicos das moléculas.
   • Interferem nos pontos de fusão e ebulição, na viscosidade e várias outras propriedades macroscópicas.
   • Toda força intermolecular tem natureza eletrostática (porém, com menor força).
     • • Energia potencial eletrostática entre íons.
     • Ligações iônicas/covalentes ~ 250 kj/mol
       • Interações intermoleculares < 20kj/mol
   • Mudança de estado físico --> quebra das interações moleculares
   • Natureza da interação
     • Massa molar/Área "de contato"
       • Polarizabilidade

3. Forças de Van der Waals

   • Forças de Van der Waals é o nome genérico dado às forças de natureza eletrostática e de fraca intensidade, tipicamente de 1 a 10 kcal/mol, que existem entre átomos que não fazem parte de um reticulado cristalino, seja ele iônico ou metálico.
   • A denominação “força de Van der Waals” é uma homenagem ao físico holandês Johannes D. van der Waals que, em 1873, primeiro postulou a existência destas forças ao desenvolver a teoria para explicar as propriedades dos gases reais.
   • São classificadas como sendo forças de natureza secundária podendo ser de caráter intra ou intermolecular (principalmente intermolecular). No primeiro caso elas são decisivas para a determinação da geometria de moléculas ligadas por ligações covalentes, e no segundo são as responsáveis pela possibilidade de liquefação de gases (oxigênio, nitrogênio, argônio) e pelo fato dos polímeros apresentarem-se sólidos à temperatura ambiente.
   • A agitação térmica dos átomos e moléculas opõe-se fortemente à atuação das forças de Van der Waals sendo suficiente para sobrepujá-las mesmo em temperatura ambiente. Em virtude deste fato, em geral, os compostos moleculares apresentam baixos pontos de fusão, pois nestas condições temos pouca agitação térmica.
   • Estas forças são responsáveis pelas interações entre átomos e moléculas que possuem orbitais saturados e que, portanto, não podem mais formar ligações covalentes.
   • Por serem de natureza eletrostática as forças de Van der Waals têm caráter não direcional. Porém, contrariamente aos metais e aos cristais iônicos, o grau de simetria dos sólidos moleculares é baixo devido à forma mais complexa das moléculas.
   • Interação íon-dipolo permanente
     • Interação dipolo permanente-dipolo permanente
       • Interação entre moléculas polares
         • Depende muito da distância e da massa molecular.
         • • Em moléculas assim, a parte positiva atrai a parte negativa de outra molécula e assim sucessivamente.
         • • Configuração gasosa
             • Substâncias polares no estado gasoso
       • Os dipolos atraem-se pelos polos opostos (positivo-negativo).
     • Ambas essas forças são conhecidas como forças de orientação de Keeson.
       • Willem Hendrik Keesom foi um físico holandês que, em 1926, inventou um método para solidificar o hélio. Desenvolveu também a primeira descrição matemática das interações dipolo-dipolo, em 1921. As interações dipolo-dipolo são também conhecidas como forças de Keesom.
     • Interações entre Íons e uma molécula polar.
       • Mais fraca que a interação eletrostática.
       • Processo de solvatação é governado pelas interações íon - dipolo.
       • • ~ 15 kj/mol
         • Depende da carga do íon
           • Depende da distância íon - dipolo
     • Formação de sais hidratados
       • Solubilidade
       • Processo de hidrólise
       • Li, Na formam sais hidratados.
   • Uma exceção a este comportamento são os polímeros, que, algumas vezes, apresentam elevados pontos de fusão, mas este comportamento deve-se ao tamanho das suas cadeias, e neste caso poder-se-ia afirmar que a “união faz a força”.
   • Interação íon-dipolo induzido
     • Uma molécula polar ou um íon, pode induzir o aparecimento de um dipolo sobre um átomo ou molécula apolar, causando o aparecimento de uma força de atração entre as duas entidades. A energia envolvida em ambas essas interações, é conhecida como força de Debye.
       • Petrus Josephus Wilhelmus Debye foi um físico-químico estadunidense de origem neerlandesa.
     • Atração entre um íon e uma molécula apolar. O íon causa uma atração ou repulsão eletrônica com a nuvem eletrônica da molécula apolar, causando uma deformação da nuvem eletrônica na molécula apolar e provocando a formação de dipolos (induzidos).
   • Interação dipolo permanente-dipolo induzido
     • Interações entre moléculas apolares e polares.
       • • Explica a solubilidade de gases em água.
       • • O dipolo causa repulsão eletrônica entre seu pólo positivo e a nuvem eletrônica da molécula apolar e uma repulsão entre esta nuvem e seu pólo negativo. Isso causa uma deformação da nuvem eletrônica na molécula apolar, provocando a formação de dipolos (induzidos).
   • Interação dipolo induzido - dipolo induzido / Dispersão de London
     • Interações entre moléculas apolares.
       • Gases nobres liquefeitos
       • Solventes apolares no estado líquido.
       • • Polarizabilidade
           • Capacidade de ter a nuvem eletrônica distorcida.
           • • Depende diretamente da massa molecular.
           • E interfere no ponto de ebulição (PE)
         • • • As forças de dispersão de London foram elucidadas pelo físico alemão Fritz Wolfgang London (1900-1954), por isso essas forças também são denominadas de forças de London ou forças de dispersão de London.
               • Fritz Wolfgang London foi um físico estadunidense nascido na Alemanha. Seus trabalhos com Walter Heitler relativos à ligação química são nos nossos dias tratados em todos os livros de físico-química.
   • Nome geral dado às interações que dependem da sexta potência da distância entre as moléculas.

4. Relação entre as forças intermoleculares e as seguintes propriedades da matéria:

   • Ponto de ebulição
     • Quanto menos intensas forem as forças intermoleculares, mais volátil será a substância e menor será a sua temperatura de ebulição (T.E.). Em geral, um composto é considerado volátil em razão das suas fracas interações intermoleculares, neste caso as moléculas se afastam levando o líquido ao estado gasoso.
   • Volatilidade
     • É uma grandeza que está relacionada à facilidade da substância de passar do estado líquido ao estado de vapor ou gasoso.
       • Quanto mais fracas as interações intermoleculares, mais volátil é a substância. (mas atenção, essa propriedade também depende do peso molecular).
   • Solubilidade
     • Polar interage com polar, e apolar interage com apolar. Por isso óleo (apolar) não se mistura com água (polar), por exemplo.
     • Para que um soluto se dissolva num solvente, a nova interação precisa ser mais intensa do que as já existentes.
   • Ponto de fusão
     • A passagem de uma substância do estado sólido para o líquido (fusão), ou do líquido para o gasoso (vaporização), provoca uma desorganização de suas moléculas. As forças intermoleculares são rompidas durante este processo em razão do afastamento das moléculas.

Images and files in the map