Forças intermoleculares
Sólidos e Líquidos
Felix Velotto Notario 14397
Marion Yudi Arai Ohira 14416
Algumas propriedades
dos líquidos

Algumas propriedades dos líquidos
– Viscosidade
A resistência de um líquido para fluir é chamada
viscosidade.
Quanto maior a viscosidade de um líquido, mais
lentamente ele flui.
A viscosidade aumenta com a massa molecular e diminui
com o aumento da temperatura.
Unidade: poise que é 1 g/cm.s (cP)
Algumas propriedades
dos líquidos
– Tensão superficial
Tensão superficial é a energia necessária para aumentar a área
superficial de um líquido em quantidade unitária. Ex: 7,29.10ֿ²
J/m² significa que é necessário fornecer essa energia para
aumentar a área do líquido em 1 m².
Ex: Inseto flutuando na água.
– Força coesiva X Força adesiva
Força coesiva: força intermolecular que une moléculas similares.
Forças adesivas: força intermolecular que une uma substância a
uma superfície. Nada relacionado com os adesivos das meninas
super-poderosas.
Ex.: Menisco no tubo de ensaio quando se tem água ou
mercúrio.
Algumas propriedades
dos líquidos
Viscosidade e tensão
superficial.
Forças intermoleculares
–Ex.: HCl é uma molécula polar porque as eletronegatividades
dos átomos são diferentes.
Forças dipolo-dipolo
– Geralmente mais fracas que as forças íon-dipolo.
– Nas moléculas de tamanho e massa aproximadamente
iguais, a força das atrações intermoleculares aumenta com
o aumento da polaridade.
– Moléculas de polaridades comparáveis: as com menores
volumes moleculares geralmente sofrem maiores forças
atrativas.
Forças dipolo-dipolo
(-)
(+)
(-)
(+)
Forças de dispersão de
London
– Em 1930 Fritz London, um físico germano-americano
identificou que um átomo ou molécula pode criar um
momento de dipolo instantâneo. Ex.: coleção de átomos
de hélio.
– As forças de dispersão ocorrem entre todas as moléculas,
não importa se elas são polares ou apolares.
– Estima-se que a força de dispersão seja responsável por
80٪ da atração total entre as moléculas.
Forças de dispersão de
London
– A força de dispersão de London é uma interação atrativa
que ocorre quando o dipolo temporário de um átomo pode
induzir um dipolo similar em um átomo adjacente, fazendo
com que os átomos sejam atraídos entre si. Pode ser
chamada meramente de força de dispersão.
– Tal força é significativa tão somente quando as moléculas
estão próximas, como as dipolo-dipolo.
– Polarizabilidade: facilidade com que a distribuição de
cargas em uma molécula pode ser distorcida por um
campo elétrico externo.
Ex.: os pontos de ebulição dos halogênios e dos gases
nobres aumentam com o aumento da massa molecular.
Ligação de Hidrogênio
– Poder ser considerada atração dipolo-dipolo ímpar. Como
F, O e N são bastante eletronegativos, uma ligação com
hidrogênio e qualquer um desses elementos é bastante
polar, com o hidrogênio no lado positivo.
– Geralmente mais fortes que as forças dipolo-dipolo e de
dispersão.
– Quando a água congela, as moléculas assumem o arranjo
aberto e ordenado. Esse arranjo otimiza as ligações de
hidrogênio entre as moléculas, mas ele cria uma estrutura
menos densa para o gelo se comparada com a água. Já no
estado líquido, cada molécula de água sofre variações
contínuas de interação com seu vizinhos.
Ligação de hidrogênio
Ligação de hidrogênio na
água.
Ligação de hidrogênio na amônia.
Ligação de hidrogênio
Estrutura do gelo.
Tendências na ligação de
hidrogênio
– Seja Y um átomo que possui um par de elétrons não
compartilhado e X-H um dipolo.
– O átomo Y deve possuir um par de elétrons não
compartilhado que atraia o lado positivo do dipolo da
ligação X-H para que ocorra a ligação de hidrogênio.
– Esse par de elétrons não deve ser muito difuso no espaço;
se os elétrons ocupam um volume muito grande, o dipolo
da ligação X-H não sofrerá atração direta muito forte, a
não ser que Y seja um átomo muito pequeno e altamente
eletronegativo, especificamente N, O ou F.
Tendências na ligação de
hidrogênio
– Entre esses três elementos, a ligação de hidrogênio é mais
forte quando o par de elétrons não é atraído também
fortemente por seu próprio núcleo.
– Para determinada ligação X-H, a ligação de hidrogênio
aumenta na ordem: X-H···F < X-H···O < X-H···N
– Quando X e Y são os mesmos, a energia de ligação de
hidrogênio aumenta na ordem: H-F···F > H-O···O > HN···N
– A ligação de hidrogênio no íon F-H···F está entre as mais
fortes conhecidas.
Comparando as forças
intermoleculares
– As forças de dispersão são encontradas em todas as
substâncias. A intensidade dessas forças aumenta com o
aumento da massa molecular e dependem das formas
moleculares. As forças dipolo-dipolo adicionam-se ao
efeito das forças de dispersão e são encontradas em
moléculas polares. As ligações de hidrogênio, que
necessitam de átomos de H ligados a F, O ou N também se
adicionam aos efeitos das forças de dispersão. As ligações
de hidrogênio tendem a ser o tipo mais forte de força
intermolecular. Entretanto, nenhuma dessas forças
intermoleculares é tão forte quanto as ligações covalentes
e iônicas ordinárias.
Mudanças de fases
– Toda mudança de fases é acompanhada por uma variação
na energia do sistema.
– Processo chamado fusão é medido pelo calor de fusão, ou
entalpia de fusão, representado por ∆Hfus. Por exemplo, o
calor de fusão do gelo é de 6,01 kJ/mol.
– Processo chamado vaporização é medido pelo calor de
vaporização ou entalpia de vaporização, representado por
∆Hvap. O calor de vaporização da água é de 40,7 kJ/mol.
– O processo chamado sublimação é medido pelo calor de
sublimação, representado por ∆Hsub. ∆Hsub é a soma de
∆Hvap + ∆Hfus. Portanto a água tem aproximadamente 47
kJ/mol de ∆Hsub.
– O super-resfriamento.
Mudanças de fases
– A temperatura mais alta na qual uma fase líquida distinta
pode se formar é chamada temperatura crítica.
– A pressão crítica é a pressão necessária para levar a
liquefação a essa temperatura crítica.
– As temperaturas e pressões críticas são geralmente de
considerável importância para o trabalho de certos
profissionais que trabalham com gases, porque elas
fornecem informações sob as condições nas quais os
gases se liquefazem. Ex.: o gás oxigênio tem temperatura
crítica de 154,4 K, enquanto a amônia tem TC de 405,6 K.
Mudanças de fases
Mistura azeotrópica.
Mistura eutética.
Pressão de vapor
– Simplificando, pressão de vapor de um líquido é a pressão
exercida por seu vapor quando os estados líquidos e de
vapor estão em equilíbrio dinâmico.
– Um líquido entra em ebulição quando sua pressão de
vapor for igual à pressão externa agindo na superfície do
líquido. Nesse ponto, bolhas de vapor são capazes de se
formar no interior do líquido.
– A temperatura de ebulição aumenta com o aumento da
pressão externa.
– É característica de um líquido a uma dada temperatura.
Pressão de vapor
Diagrama de fases
– O diagrama de fases é um gráfico bidimensional com
pressão e temperatura como eixos, que resume as
condições de equilíbrio existentes entre os diferentes
estados da matéria, além de permitir determinar a fase de
uma substância estável em qualquer temperatura e
pressão.
– A única substância presente no sistema é aquela cujo
diagrama de fase é examinado.
Diagrama de fases
Estrutura dos sólidos
– A unidade de um sólido que se repete é conhecida como
célula unitária.
– Rede cristalina é uma rede tridimensional de pontos, cada
um dos quais representa uma vizinhança idêntica no
cristal.
– Pode-se imaginar a formação da estrutura cristalina como
um todo arranjando os conteúdos da célula unitária
repetidamente em uma rede cristalina.
– Empacotamento denso de esferas, é possível porque
muitas vezes as partículas que constituem os sólidos são
esféricas ou aproximadamente esféricas.
– Empacotamento denso hexagonal: ABAB.
– Empacotamento denso cúbico: ABCA, a célula unitária é a
cúbica de face centrada.
– Número de coordenação é o número de partículas vizinhas
mais próximas de certa partícula em uma estrutura
cristalina.
Célula cúbica de corpo
centrado
Célula cúbica simples
Célula cúbica de faces
centradas
Estrutura cristalina do
cloreto de sódio
Na+
Cl-
Ligações nos sólidos
– Sólidos moleculares:
 Átomos e moléculas.
 Força de dispersão de London, forças dipolo-dipolo,
ligações de hidrogênio.
 Razoavelmente macio, ponto de fusão de baixo a
moderado, condução térmica e elétrica ruim.
 Ex.: argônio, metano, sacarose, gelo seco.
– Sólidos metálicos:
 Átomos.
 Ligações metálicas.
 De macios a muito duros, de baixos a altos pontos de
fusão, excelentes condutores térmicos e elétricos,
maleáveis e dúcteis.
 Mar de elétrons.
 EX.: todos os elementos metálicos, Cu, Fe, Al, Pt.
Ligações nos sólidos
– Sólidos covalentes:
 Átomos ligados em uma rede de ligações covalentes.
 Muito duro, pontos de fusão muito altos, geralmente
condutores térmicos e elétricos ruins.
 Ex.: diamante e quartzo.
– Sólidos iônicos:
 Íons positivos e negativos.
 Atrações eletrostáticas.
 Duros, quebradiços, alto ponto de fusão, pobres
condutores térmicos e elétricos.
 Ex.: sais típicos, NaCl.
Estrutura dos sólidos
Ametista
Minério de pirita
Fluorita
Buckybola
– Amostra de grafite vaporizado com um pulso intenso de
luz laser, o vapor de carbono foi carregado para dentro de
um espectrômetro de massa usando um jato de gás hélio.
– Molécula de carbono, composta de 60 átomos de carbono
(12 pentágonos, 20 hexágonos).
– Outras moléculas relacionadas têm sido descobertas. São
agora conhecidas como fulerenos.
Buckybola
Buckybola: 60
átomos de
carbono, 12
pentágonos e 20
hexágonos.
Nano-tubos ou "bucky-tubos"
(buckytubes), um dos primeiros produtos
industriais da nanotecnologia. Há estudos
que pretendem utilizar esses materiais
em aviões, automóveis e outros meios de
locomoção, o que levaria à diminuição de
peso e aumento da resistência mecânica.
Cristalografia
– Técnica conhecida como cristalografia de raio X, na qual
um feixe de raio X é difratado por um cristal. O padrão de
difração pode ser gravado como pontos onde os raios X
chocam-se com um detector, que grava as posições e as
intensidades dos pontos.
– Hoje a cristalografia de raio X é usada extensivamente
para determinar as estruturas de moléculas em cristais.
– Ex.: molécula cristalina de DNA, a forma de dupla hélice
foi deduzida a partir de tal técnica.
– A difração de raio X também provocou surpresa ao
demonstrar a estrutura amorfa do vidro, que é na
realidade um líquido super-resfriado com viscosidade
tendendo ao infinito.
Cristalografia
Raio X incidindo em um sólido
cristalino e fazendo a projeção.
Padrão de difração de raio X do DNA.
Equação de Clausius-Clapeyron
– A entalpia de vaporização pode ser determinada
experimentalmente, sendo a relação quantitativa entre a
pressão de vapor (p) e a temperatura absoluta (T) dada
pela equação de Clausius-Clapeyron (Chang, 1994):
ln (p/p°) = -∆Hvap/R (1/T - 1/T°)
ln é o logaritmo neperiano.
R é a constante dos gases.
Referências bibliográficas

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
Brown, Lemay, Bursten: QUÍMICA: a ciência central,
nona edição.
http://www.prenhall.com/brown_br
http://www.chemkeys.com/bra/md/mds_11/ecfs_6/e
xtras/ex_flu_sup-vf.pdf
http://www.uv.es/mabegaga/fullerenos/
http://www.comciencia.br/reportagens/fisica/fisica12.
htm
http://www.qmc.ufsc.br/qmcweb/artigos/agua.html