UNIFEI
Universidade Federal de Itajubá
Capítulo 11
Química Geral
•Teoria Cinética
Molecular
•Forças Intermoleculares
•Viscosidade e Tensão
Superficial
Líquidos e Sólidos
•Mudanças de Estado
•Pressão de Vapor de
Ponto de Ebulição
•Diagramas de Fases
•Estrutura dos Sólidos
•Ligações em Sólidos
Sidney Augusto de Castro 15784
Filipe Coelho da Costa
15766
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Teoria Cinética Molecular
Química Geral
SÓLIDOS, LÍQUIDOS E GASES
•Teoria Cinética
Molecular
•Forças Intermoleculares
•Viscosidade e Tensão
Superficial
•Mudanças de Estado
•Pressão de Vapor de
Ponto de Ebulição
•Diagramas de Fases
•Estrutura dos Sólidos
•Ligações em Sólidos
GASES: Energia cinética maior do que a força de atração.
Partículas com liberdade total de movimento.
Sem volume e forma definidos.
Muito compressíveis.
LÍQUIDOS: Forças de atração (intermoleculares) mais fortes que
vibração.
Possuem volume definido e forma não definida.
Pouco compressíveis.
SÓLIDOS: Força de atração muito mais forte que vibração.
Possuem volume e forma definidos.
Teoricamente incompressíveis.
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Forças Intermoleculares
Química Geral
•Teoria Cinética
Molecular
Tipos: íon-dipolo; dipolo-dipolo; forças de London; ligações de
hidrogênio.
•Forças Intermoleculares
Chegam a ser 15% mais fracas que as interatômicas
•Viscosidade e Tensão
Superficial
São quebradas nas mudanças de estado.
•Mudanças de Estado
•Pressão de Vapor de
Ponto de Ebulição
•Diagramas de Fases
•Estrutura dos Sólidos
•Ligações em Sólidos
São forças de natureza eletrostática.
Sua presença influi no ponto de fusão e ebulição das moléculas
por elas regidas.
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Forças Intermoleculares
Química Geral
FORÇA DE ATRAÇÃO ÍON-DIPOLO
•Teoria Cinética
Molecular
•Forças Intermoleculares
•Viscosidade e Tensão
Superficial
•Mudanças de Estado
•Pressão de Vapor de
Ponto de Ebulição
•Diagramas de Fases
•Estrutura dos Sólidos
•Ligações em Sólidos
Ocorre entre moléculas polares e íons.
Como os átomos possuem cargas opostas, a
molécula adquire cargas parciais opostas em
cada um dos lados.
Interage fortemente com íons, sendo
importante em soluções.
Caso a força de ligação entre determinado
composto iônico seja mais fraca que a
interação íon-dipolo entre moléculas de
solvente, o soluto será dissolvido.
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Forças Intermoleculares
Química Geral
FORÇA DE ATRAÇÃO DIPOLO-DIPOLO
•Teoria Cinética
Molecular
•Forças Intermoleculares
•Viscosidade e Tensão
Superficial
•Mudanças de Estado
•Pressão de Vapor de
Ponto de Ebulição
•Diagramas de Fases
•Estrutura dos Sólidos
•Ligações em Sólidos
Ocorre entre moléculas polares.
É mais fraca que a íon-dipolo.
Ocorre uma atração entre os lados com cargas
contrárias de moléculas diferentes.
Nos líquidos, como as moléculas estão mais
livres, ora estão em posição atrativa, ora em
repulsiva. Mas duas moléculas que se
aproximam passam mais tempo juntas, resultando em uma
maior atração.
O aumento da polaridade aumenta a atração.
Moléculas com menor volume apresentam maior força.
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Forças Intermoleculares
Química Geral
FORÇAS DE DISPERSÃO DE LONDON
•Teoria Cinética
Molecular
•Forças Intermoleculares
•Viscosidade e Tensão
Superficial
•Mudanças de Estado
•Pressão de Vapor de
Ponto de Ebulição
•Diagramas de Fases
•Estrutura dos Sólidos
•Ligações em Sólidos
Também é conhecida como dipolo induzido.
Típica de moléculas apolares.
O aumento da pressão, diminuição da
temperatura ou o próprio movimento dos
elétrons provoca uma distribuição desigual
das cargas na eletrosfera, modificando
a nuvem eletrônica. Essa modificação
altera a nuvem de uma molécula próxima.
Fritz London (1900-1954)
Tipo de ligação mais fraca, rápida, está sempre presente.
Sofre influência da polarizabilidade e da forma espacial.
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Forças Intermoleculares
Química Geral
POLARIZABILIDADE
•Teoria Cinética
Molecular
Propriedade intrínseca das moléculas.
Caracteriza-se pela facilidade de distorção da nuvem eletrônica.
•Forças Intermoleculares
•Viscosidade e Tensão
Superficial
•Mudanças de Estado
•Pressão de Vapor de
Ponto de Ebulição
•Diagramas de Fases
•Estrutura dos Sólidos
•Ligações em Sólidos
Moléculas maiores (maior massa e raio) tendem a apresentar
maior polarizabilidade.
Quanto maior a polarizabilidade, mais propensa está em
modificar a nuvem eletrônica de outra molécula, apresentando
maior força de London.
Quanto mais aberta for a fórmula molecular, maior a facilidade
para aproximação entre moléculas, resultando em maior
interação entre elas.
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Forças Intermoleculares
Química Geral
LIGAÇÃO DE HIDROGÊNIO
•Teoria Cinética
Molecular
•Forças Intermoleculares
•Viscosidade e Tensão
Superficial
•Mudanças de Estado
•Pressão de Vapor de
Ponto de Ebulição
•Diagramas de Fases
Tipo de ligação dipolo-dipolo, porém mais forte.
Ocorre entre moléculas polares que tenham um hidrogênio
Ligado ao F, O ou N em sua estrutura. O hidrogênio de uma
liga-se ao hidrogênio da outra.
O fato de o hidrogênio ser um
átomo pequeno facilita a
aproximação e interação com
a outra molécula.
Sua força aumenta com a
eletronegatividade do F, O e N.
•Estrutura dos Sólidos
•Ligações em Sólidos
Esse tipo de ligação tem
importantes funções biológicas, tais como aumentar a
estabilidade das proteínas.
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Forças Intermoleculares
Química Geral
OBSERVAÇÕES
•Teoria Cinética
Molecular
As moléculas de água, quando se solidificam, organizam-se em
uma forma hexagonal. Isso aumenta seu volume interno e faz
com que o gelo seja menos denso que a água líquida.
•Forças Intermoleculares
•Viscosidade e Tensão
Superficial
•Mudanças de Estado
•Pressão de Vapor de
Ponto de Ebulição
•Diagramas de Fases
•Estrutura dos Sólidos
•Ligações em Sólidos
A ligação mais forte é a de hidrogênio, seguida pela íon-dipolo,
dipolo-dipolo e força de London.
Para moléculas de massas e formas moleculares iguais, as
forças de dispersão são aproximadamente iguais e a diferença
está na interação dipolo-dipolo.
Quando as moléculas diferem muito nas massas atômicas, as
forças de London tem caráter decisivo.
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Química Geral
•Teoria Cinética
Molecular
•Forças Intermoleculares
•Viscosidade e Tensão
Superficial
•Mudanças de Estado
•Pressão de Vapor de
Ponto de Ebulição
•Diagramas de Fases
•Estrutura dos Sólidos
•Ligações em Sólidos
Forças Intermoleculares
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Viscosidade e Tensão Superficial
Química Geral
VISCOSIDADE
•Teoria Cinética
Molecular
•Forças Intermoleculares
•Viscosidade e Tensão
Superficial
•Mudanças de Estado
•Pressão de Vapor de
Ponto de Ebulição
•Diagramas de Fases
Caracteriza-se pela resistência para fluir.
Pode ser avaliada através da velocidade com que um líquido cai
por um tubo fino ou o número de esferas de aço que escoam
pelo líquido, ou seja, é a facilidade com que as moléculas
movem-se.
A unidade de medida é poise (P),
igual a 1 g/cm.s
Forças atrativas e massas moleculares
maiores favorecem a viscosidade.
•Estrutura dos Sólidos
•Ligações em Sólidos
Está relacionada com as características
estruturais. O aumento da temperatura
diminui o efeito da propriedade.
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Viscosidade e Tensão Superficial
Química Geral
TENSÃO SUPERFICIAL
•Teoria Cinética
Molecular
•Forças Intermoleculares
•Viscosidade e Tensão
Superficial
•Mudanças de Estado
•Pressão de Vapor de
Ponto de Ebulição
•Diagramas de Fases
Energia necessária para aumentar a área superficial de um
líquido. É medida em J/m².
A tensão superficial da água é causada pelas ligações de
hidrogênio, enquanto a do mercúrio é causada pelas ligações
metálicas .
As moléculas do interior do líquido
sofrem forças intermoleculares em
todas as direções, enquanto as da
superfície são direcionadas para o
interior.
•Estrutura dos Sólidos
•Ligações em Sólidos
Outro fator é o aumento da densidade, causado pela contração
do volume da superfície.
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Viscosidade e Tensão Superficial
Química Geral
FORÇAS COESIVAS
•Teoria Cinética
Molecular
FORÇAS COESIVAS:
Forças moleculares que unem as moléculas
entre si. São forças de caráter interno.
•Forças Intermoleculares
•Viscosidade e Tensão
Superficial
•Mudanças de Estado
•Pressão de Vapor de
Ponto de Ebulição
•Diagramas de Fases
•Estrutura dos Sólidos
•Ligações em Sólidos
FORÇAS ADESIVAS:
Forças de atração entre moléculas de um
líquido e a superfície de um material.
São forças de caráter externo.
Quando se formam meniscos em uma proveta, o que ocorre são
interações entre a superfície do recipiente e as moléculas da
substância.
A água apresenta menisco côncavo: as forças de adesão são
maiores.
O mercúrio apresenta menisco convexo: as forças de coesão
são mais significativas.
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Mudanças de Estado
Química Geral
VARIAÇÃO DE ENERGIA
•Teoria Cinética
Molecular
Durante a mudança de fase, a energia fornecida para as
moléculas não aumenta a energia cinética das mesmas, apenas
quebra as ligações intermoleculares.
•Forças Intermoleculares
•Viscosidade e Tensão
Superficial
•Mudanças de Estado
•Pressão de Vapor de
Ponto de Ebulição
•Diagramas de Fases
•Estrutura dos Sólidos
•Ligações em Sólidos
CALOR DE FUSÃO: Energia necessária para quebrar as
ligações intermoleculares do sólido.
CALOR DE VAPORIZAÇÃO: Energia necessária para quebrar
as ligações intermoleculares da água. Em geral, é maior que o
calor de fusão.
CALOR DE SUBLIMAÇÃO: Energia necessária para quebrar
todas as ligações de um sólido, transformando-o diretamente em
gás. Resulta da soma dos outros calores.
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Química Geral
•Teoria Cinética
Molecular
•Forças Intermoleculares
•Viscosidade e Tensão
Superficial
•Mudanças de Estado
•Pressão de Vapor de
Ponto de Ebulição
•Diagramas de Fases
•Estrutura dos Sólidos
•Ligações em Sólidos
Mudanças de Estado
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Pressão de Vapor e Ponto de Ebulição
Química Geral
•Teoria Cinética
Molecular
•Forças Intermoleculares
•Viscosidade e Tensão
Superficial
•Mudanças de Estado
•Pressão de Vapor de
Ponto de Ebulição
PRESSÃO DE VAPOR:
Pressão exercida pelo vapor quando o líquido e o vapor estão
em equilíbrio.
Em um sistema fechado, coexistem líquido e vapor, sendo
assim, moléculas da superfície líquida se desprendem e
passam para o estado de vapor, ao mesmo tempo que
moléculas de vapor voltam ao estado liquido.
Quando as transformações ocorrem à mesma velocidade,
caracteriza-se o equilíbrio termodinâmico.
•Diagramas de Fases
•Estrutura dos Sólidos
A pressão de vapor aumenta com o aumento da temperatura, e
quanto maior for seu valor, mais volátil é o líquido.
•Ligações em Sólidos
Quando a pressão de vapor se iguala à atmosférica, o líquido
entra em ebulição.
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Diagramas de Fases
Química Geral
Evidencia os estados de uma substância, associando
temperatura e pressão.
•Teoria Cinética
Molecular
•Forças Intermoleculares
•Viscosidade e Tensão
Superficial
•Mudanças de Estado
•Pressão de Vapor de
Ponto de Ebulição
•Diagramas de Fases
•Estrutura dos Sólidos
•Ligações em Sólidos
Um gás não pode ser liquefeito apenas com o aumento da
pressão, se a temperatura estiver acima do ponto crítico.
Ponto triplo: região do gráfico em que as três fases coexistem
em equilíbrio.
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Diagramas de Fases
Química Geral
•Teoria Cinética
Molecular
•Forças Intermoleculares
•Viscosidade e Tensão
Superficial
•Mudanças de Estado
•Pressão de Vapor de
Ponto de Ebulição
•Diagramas de Fases
•Estrutura dos Sólidos
•Ligações em Sólidos
A água é uma substância anômala, já que o seu ponto de fusão
diminui com o aumento da pressão.
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Estrutura dos Sólidos
Química Geral
•Teoria Cinética
Molecular
Sólido cristalino: formado por átomos, íons ou moléculas em
arranjos bem definidos. Sua superfície é plana e apresenta
ângulos constantes.
•Forças Intermoleculares
•Viscosidade e Tensão
Superficial
•Mudanças de Estado
•Pressão de Vapor de
Ponto de Ebulição
•Diagramas de Fases
•Estrutura dos Sólidos
•Ligações em Sólidos
Sólido amorfo: não apresenta estrutura regular. É formado por
moléculas grandes e complexas. Quando aquecido até a fusão,
apenas algumas ligações são quebradas, e as outras
permanecem inalteradas. Quando a estrutura é resfriada, as
ligações desfeitas não são refeitas como antes, formando um
sólido viscoso.
As suas forças intermoleculares não são constantes, resultando
em pontos de fusão variados.
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Química Geral
•Teoria Cinética
Molecular
•Forças Intermoleculares
•Viscosidade e Tensão
Superficial
•Mudanças de Estado
•Pressão de Vapor de
Ponto de Ebulição
•Diagramas de Fases
•Estrutura dos Sólidos
•Ligações em Sólidos
Estrutura dos Sólidos
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Estrutura dos Sólidos
Química Geral
•Teoria Cinética
Molecular
Células unitárias: São partes da estrutura molecular que se
repetem. Apresentam uma distribuição espacial tridimensional. É
a menor estrutura que se repete.
•Forças Intermoleculares
•Viscosidade e Tensão
Superficial
•Mudanças de Estado
•Pressão de Vapor de
Ponto de Ebulição
•Diagramas de Fases
•Estrutura dos Sólidos
•Ligações em Sólidos
Redes cristalinas: É um emaranhado de células unitárias. Possui
átomos nas suas extremidades.
Podem ser descritas pelos tipos
de células unitárias, sendo que
as mais simples são as cúbicas,
com ângulos de 90º entre as arestas.
A esfera de um vértice não pertence
a uma única célula. Uma célula
unitária possui apenas 1/8 de
esfera na extremidade.
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Estrutura dos Sólidos
Química Geral
•Teoria Cinética
Molecular
•Forças Intermoleculares
•Viscosidade e Tensão
Superficial
•Mudanças de Estado
•Pressão de Vapor de
Ponto de Ebulição
•Diagramas de Fases
•Estrutura dos Sólidos
•Ligações em Sólidos
Cúbica simples: átomos apenas nas extremidades.
Cúbica de corpo centrado: átomos nas extremidades e um no
centro do cubo.
Cúbica de face centrada: átomos nas extremidades e nas faces.
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Estrutura dos Sólidos
Química Geral
•Teoria Cinética
Molecular
•Forças Intermoleculares
•Viscosidade e Tensão
Superficial
•Mudanças de Estado
•Pressão de Vapor de
Ponto de Ebulição
•Diagramas de Fases
•Estrutura dos Sólidos
•Ligações em Sólidos
A esfera de um vértice não pertence a uma única célula. Uma
célula unitária possui apenas 1/8 de esfera na extremidade.
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Estrutura dos Sólidos
Química Geral
•Teoria Cinética
Molecular
•Forças Intermoleculares
•Viscosidade e Tensão
Superficial
•Mudanças de Estado
•Pressão de Vapor de
Ponto de Ebulição
•Diagramas de Fases
•Estrutura dos Sólidos
•Ligações em Sólidos
As esferas se organizam melhor quando se agrupam em formas
hexagonais em um plano, pois ficam mais próximas umas das
outras. Os diferentes tipos de sobreposição de planos modificam
a estrutura da molécula.
O número de coordenação é a quantidade de partículas
vizinhas. Quanto maior o número de coordenação, maior será o
volume total ocupado.
Quando a molécula possui átomos de tamanhos diferentes, as
maiores formam a célula enquanto as menores entram no
espaços vazios.
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Ligações em Sólidos
Química Geral
•Teoria Cinética
Molecular
A classificação dos sólidos ocorre de acordo com o tipo de
ligação. Quanto mais forte essa ligação, maior o ponto de fusão
e a dureza.
•Forças Intermoleculares
•Viscosidade e Tensão
Superficial
•Mudanças de Estado
•Pressão de Vapor de
Ponto de Ebulição
•Diagramas de Fases
•Estrutura dos Sólidos
•Ligações em Sólidos
Sólidos moleculares: átomos ou moléculas unidos por forças
intermoleculares. Como esse tipo de ligação é fraca, o sólido
possui baixo ponto de fusão.
O agrupamento espacial também influencia o ponto de fusão, já
que quanto mais simétricas, maiores são as interações e maior
será o ponto de fusão.
Sólidos covalentes: Formado por ametais. Possuem estruturas
unidas em cadeia com ligações covalentes mais fortes que as
intermoleculares, o que forma um sólido mais denso, e com
maior ponto de fusão.
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Ligações em Sólidos
Química Geral
•Teoria Cinética
Molecular
•Forças Intermoleculares
•Viscosidade e Tensão
Superficial
•Mudanças de Estado
•Pressão de Vapor de
Ponto de Ebulição
•Diagramas de Fases
•Estrutura dos Sólidos
•Ligações em Sólidos
Sólidos iônicos: Formados por metal e ametal. Os íons são
mantidos unidos por ligações iônicas. E as forças dessas
ligações são proporcionais aos valores das cargas dos íons.
Os pontos de fusão e de ebulição são maiores do que os das
ligações moleculares e covalentes.
Ligações metálicas: formadas por átomos de metais que se
organizam em um empacotamento denso, hexagonal e cúbico.
Os elétrons de valência dos ligantes estão deslocalizados,
circulando por todo o sólido. As forcas aumentam com o
aumento das cargas. Apresentam o maior ponto de fusão e
ebulição, quando comparados com os outros tipos de ligações.
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Química Geral
•Teoria Cinética
Molecular
•Forças Intermoleculares
•Viscosidade e Tensão
Superficial
•Mudanças de Estado
•Pressão de Vapor de
Ponto de Ebulição
•Diagramas de Fases
•Estrutura dos Sólidos
•Ligações em Sólidos
Ligações em Sólidos
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Ligações em Sólidos
Química Geral
BUCKYBOLAS
•Teoria Cinética
Molecular
•Forças Intermoleculares
•Viscosidade e Tensão
Superficial
•Mudanças de Estado
•Pressão de Vapor de
Ponto de Ebulição
•Diagramas de Fases
•Estrutura dos Sólidos
•Ligações em Sólidos
1985: Richard Smalley, Robert Curl e Harry Kroto descobriram
outro alótropo do carbono: as buckybolas.
Buckybolas são formadas por 60 átomos de carbono, arranjadas
em 12 faces pentagonais e 20 hexagonais.
Como são formadas por vários átomos individuais, sua solução
forma muitos tipos de produtos.
Utilizado na nanotecnologia.
Fulerenos: estruturas formadas por
carbonos interligados entre si.
2000: fulereno com 20 carbonos.
É o mais reativo de todos os
descobertos até agora.
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Ligações em Sólidos
Química Geral
DIFRAÇÃO DE RAIOS X PELOS CRISTAIS
•Teoria Cinética
Molecular
Difração: “espalhamento” da onda quando passa por uma fenda
estreita, menor ou igual à ordem de grandeza que seu
comprimento de onda.
•Forças Intermoleculares
•Viscosidade e Tensão
Superficial
•Mudanças de Estado
•Pressão de Vapor de
Ponto de Ebulição
•Diagramas de Fases
•Estrutura dos Sólidos
•Ligações em Sólidos
Cristais sólidos possuem comprimento de 2-20 angstrons, igual
ordem de grandeza do comprimento de onda dos raios X.
Cristografia de raio X: estudo das estrutura dos cristais através
desse tipo de difração. O padrão de difração depende do cristal.
O estudo da intensidade da difração e o
ângulo formado permitem identificar as
estruturas que formam o cristal.
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Referências Bibliográficas
Química Geral
•Teoria Cinética
Molecular
•Forças Intermoleculares
•Viscosidade e Tensão
Superficial
•Mudanças de Estado
•Pressão de Vapor de
Ponto de Ebulição
•Diagramas de Fases
•Estrutura dos Sólidos
•Ligações em Sólidos
BROWN. QUÍMICA A CIÊNCIA CENTRAL.