INTERAÇÕES INTERMOLECULARES

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UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE

INSTITUTO DE QUÍMICA

DEPARTAMENTO DE QUÍMICA INORGÂNICA

QUÍMICA INORGÂNICA FUNDAMENTAL I

INTERAÇÕES INTERMOLECULARES

Prof. Fabio da Silva Miranda

e-mail: miranda@vm.uff.br Sala GQI 308, Ramal 2170

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Uma comparação entre gases, líquidos e sólidos Uma comparação entre gases, líquidos e sólidos

As propriedades físicas das substâncias entendidas em termos de teoria cinética molecular:

Os gases são altamente compressíveis, assumem a forma e o volume do recipiente:

As moléculas de gás estão separadas e não interagem muito entre si.

Os líquidos são quase incompressíveis, assumem a forma, mas não o volume do recipiente:

As moléculas de líquidos são mantidas mais próximas do que as moléculas de gases, mas não de maneira tão rígida de tal forma que as moléculas não possam deslizar umas sobre as outras.

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Os sólidos são incompressíveis e têm forma e volume definidos:

As moléculas de sólidos estão mais próximas. As moléculas estão unidas de forma tão rígida que não conseguem deslizar facilmente umas sobre as outras.

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A conversão de um gás em um líquido ou sólido requer que as moléculas se aproximem:

– resfriamento ou compressão.

A conversão de um sólido em um líquido ou gás requer que as moléculas se distanciem:

– aquecimento ou redução da pressão.

As forças que mantêm os sólidos e líquidos unidos são denominadas forças intermoleculares.

Uma comparação entre líquidos e sólidos Uma comparação entre líquidos e sólidos

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Representação das três fases da água

Estrutura do gelo

Estrutura da água líquida

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Diagrama entálpico das mudanças de fase da água

Os valores foram ajustados para 0○_C _{e dessa maneira somente mudanças de}

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Forças intermoleculares

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Cristais líquidos

Colesterol foi o primeiro composto reportado como cristal líquido

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Forças entre os átomos

Ligações covalentes dentro de uma molécula são muito mais fortes do que a atração entre as moléculas

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A ligação covalente que mantém uma molécula unida é uma força

intramolecular;

A atração entre moléculas é uma força intermolecular;

Forças intermoleculares são muito mais fracas do que as forças

intramoleculares (por exemplo: 16 kJ mol-1 _versus _{431 kJ mol}-1 _{para o}

HCl).

Quando uma substância funde ou entra em ebulição, forças intermoleculares são quebradas (não as ligações covalentes).

Forças intermoleculares

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Forças intermoleculares Forças intermoleculares

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Forças íon-dipolo

A interação entre um íon e um dipolo (por exemplo, água). A mais forte de todas as forças intermoleculares.

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Forças dipolo-dipolo

As forças dipolo-dipolo existem entre moléculas polares neutras.

As moléculas polares necessitam ficar muito unidas.

Mais fracas do que as forças íon-dipolo.

Há uma mistura de forças dipolo-dipolo atrativas e repulsivas quando as moléculas se viram.

Se duas moléculas têm aproximadamente a mesma massa e o mesmo tamanho, as forças dipolo-dipolo aumentam com o aumento da polaridade.

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Forças de dispersão de London

A mais fraca de todas as forças intermoleculares;

É possível que duas moléculas adjacentes neutras se afetem;

O núcleo de uma molécula (ou átomo) atrai os elétrons da molécula adjacente (ou átomo);

Por um instante, as nuvens eletrônicas ficam distorcidas;

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Um dipolo instantâneo pode induzir outro dipolo instantâneo em uma molécula (ou átomo) adjacente.

As forças entre dipolos instantâneos são chamadas forças de dispersão de London.

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Polarizabilidade é a facilidade com que a distribuição de cargas em uma molécula pode ser distorcida por um campo elétrico externo.

Quanto maior é a molécula (quanto maior o número de elétrons) mais polarizável ela é.

As forças de dispersão de London aumentam à medida que a massa molecular aumenta.

Existem forças de dispersão de London entre todas as moléculas.

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Quanto maior for a área de superfície disponível para contato, maiores são as forças de dispersão.

As forças de dispersão de London entre moléculas esféricas são menores do que entre as moléculas com formato de linguiça.

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Ligação de hidrogênio

Caso especial de forças dipolo-dipolo.

A partir de experimentos: os pontos de ebulição de compostos com ligações H-F, H-O e H-N são anomalamente altos.

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A ligação de H necessita do H ligado a um elemento eletronegativo (mais importante para compostos de F, O e N).

Os elétrons na H-X (X = elemento eletronegativo) encontram-se muito mais próximos do X do que do H.

O H tem apenas um elétron, dessa forma, na ligação H-X, o H + apresenta um próton quase descoberto.

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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 + H aponta no sentido de um par solitário no O.

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Interpretação do orbital molecular da

ligação de hidrogênio

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Estrutura do KLEVAR®

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Estrutura do KLEVAR®

•O polímero KLEVAR® foi preparado pela primeira vez em 1965 por Stephanies Kwolek trabalhando nos laboratórios da DuPont no USA;

•Aplicação variada e inclui: coletes a prova de balas, raquetes de tênis, equipamentos esportivos e trem de pouso das espaço-naves enviadas a Marte;

•O polímero é leve, flexível, resistente ao calor, fogo e ataque químico;

•Cordas e cabos feitos de KLEVAR® são 5 vezes mais resistentes do que similar feito de aço em proporção de peso igual;

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•A resposta para todas as propriedades do KLEVAR® é baseada na estrutura cristalina altamente ordenada;

•Os anéis benzênicos vizinhos ao grupo amido são responsáveis pela rigidez da cadeia por limitarem a rotação da cadeia;

•As ligações de hidrogênio entre as cadeias poliméricas mantém as cadeias fixas e impede que as cadeias escorreguem;

•Quando as fibras do KLEVAR® são enroladas, as cadeias dos polímeros orientam-se ao longo do eixo da fibra com as ligações de hidrogênio ligando as cadeias adjacentes;

•As folhas planas das cadeias ligadas por ligações de hidrogênio estão empilhadas ao longo do eixo resultando em uma estrutura cristalina altamente ordenada.

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Forma geral de uma curva de energia potencial intermolecular. Na faixa de longa distância a interação é atrativa, mas na faixa próxima a repulsão é dominante.

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