Forças intermoleculares
Ligação de hidrogênio
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Capítulo 10
Forças intermoleculares
Ligação de hidrogênio
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Capítulo 10
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.
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Capítulo 10
Forças intermoleculares
Ligação de hidrogênio
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Capítulo 10
Forças intermoleculares
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Capítulo 10
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.
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Capítulo 10
Algumas propriedades
dos líquidos
Viscosidade
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Capítulo 10
Algumas propriedades
dos líquidos
Tensão superficial
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Capítulo 10
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.
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Capítulo 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.
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Capítulo 10
Mudanças 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.
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Capítulo 10
Mudanças de fase
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Capítulo 10
Mudanças de fase
Variações de energia acompanhado
as mudanças de fase
•
•
•
•
•
•
Sublimação: ∆Hsub > 0 (endotérmica).
Vaporização: ∆Hvap > 0 (endotérmica).
Derretimento ou Fusão: ∆Hfus > 0 (endotérmica).
Deposição: ∆Hdep < 0 (exotérmica).
Condensação: ∆Hcond < 0 (exotérmica).
Congelamento: ∆Hcong < 0 (exotérmica).
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Capítulo 10
Mudanças 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.
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Capítulo 10
Mudanças de fase
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Capítulo 10
Mudanças 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.
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Capítulo 10
Mudanças 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 ∆Hfus e o ∆Hvap.
• 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.
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Capítulo 10
Mudanças de fase
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Capítulo 10
Mudanças 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.
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Capítulo 10
Mudanças de fase
Temperatura e pressão críticas
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Capítulo 10
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.
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Capítulo 10
Pressão do vapor
Explicando a pressão de vapor
no nível molecular
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Capítulo 10
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.
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Capítulo 10
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.
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Capítulo 10
Pressão do vapor
Volatilidade, pressão de vapor e temperatura
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Capítulo 10
Pressão do vapor
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Capítulo 10
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.
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Capítulo 10
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).
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Capítulo 10
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.
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Capítulo 10
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.
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Capítulo 10
Diagrama de fases
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Capítulo 10
Diagrama de fases
Diagramas de fases de H2O e CO2
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Capítulo 10
Diagrama de fases
Diagramas de fases de H2O e CO2
• Água:
– 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.
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Capítulo 10
Diagrama de fases
Diagramas de fases de H2O e CO2
• 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 CO2
sublima, ele não funde.)
– O ponto crítico ocorre a 31,1°C e a 73 atm.
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Capítulo 10
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.
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Capítulo 10
Estruturas dos sólidos
Célula unitária
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Capítulo 10
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.
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Capítulo 10
Estruturas dos sólidos
Células unitárias
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Capítulo 10
Estruturas dos sólidos
Células unitárias
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Capítulo 10
Estruturas dos sólidos
Células unitárias
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Capítulo 10
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 CaCl2 precisa de duas vezes
mais íons Cl- do que íons Ca2+.
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Capítulo 10
Estruturas dos sólidos
A estrutura cristalina do cloreto de sódio
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Capítulo 10
Estruturas dos sólidos
A estrutura cristalina do cloreto de sódio
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Capítulo 10
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.
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Capítulo 10
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.
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Capítulo 10