Forças intermoleculares, 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.
Forças intermoleculares, líquidos e
sólidos
-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.
Forças intermoleculares, líquidos e
sólidos
Forças intermoleculares, líquidos e
sólidos
• 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.
Forças intermoleculares
• 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
Forças intermoleculares
Forças íon-dipolo
• A interação entre um íon e um dipolo (por exemplo, água).
• A mais forte de todas as forças intermoleculares.
Forças intermoleculares
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.
Forças intermoleculares
Forças dipolo-dipolo
Forças intermoleculares
Forças de dispersão de London
• A mais fraça 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.
Nesse instante, forma-se um dipolo (denominado dipolo
instantâneo).
Forças intermoleculares
Forças de dispersão de London
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.
Forças intermoleculares
Forças de dispersão de London
• 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.
Forças intermoleculares
Forças de dispersão de London
• As forças de dispersão de London dependem da forma da
molécula.
• 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
bastão.
Forças intermoleculares
Forças de dispersão de London
Forças intermoleculares
Forças de dispersão de London
Ref. Tabela: Livro Brown
Forças intermoleculares
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.
• Forças intermoleculares são anomalamente fortes.
Forças intermoleculares
Ligação de hidrogênio
• A ligação de hidrogênio necessita do H ligado a um
elemento eletronegativo.
– 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 HX, o H + apresenta um próton quase descoberto.
– Conseqüentemente, as ligações de H são fortes.
Forças intermoleculares
Ligação de hidrogênio
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.
Forças intermoleculares
Líquidos: mudanças de fase
Líquidos: 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).
Líquidos: 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.
Líquidos: mudanças de fase
Variações de energia acompanhando
as mudanças de fase
A sequência:
aquecer sólido  derreter  aquecer líquido  ferver 
aquecer gás
é endotérmica.
A sequência
resfriar gás  condensar  resfriar líquido  congelar 
resfriar sólido
é exotérmica.
Líquidos: mudanças de fase
Durante a mudança de fase, a adição de calor não provoca nenhuma
variação na temperatura.
Pressão do Vapor
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.
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.
Pressão do Vapor
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.
• Duas maneiras de levar um líquido à ebulição: aumentar
a temperatura ou diminuir a pressão.
• O ponto de ebulição normal é o ponto de ebulição a 760
mmHg (1 atm).
Diagrama de Fases
• Diagrama de fases: gráfico da pressão versus
temperatura.
Características de um diagrama de fases:
– Ponto triplo: as três fases estão em equilíbrio.
– Ponto crítico: temperatura e pressão críticas para o
gás.
Diagrama de Fases
Diagrama de Fases
Diagramas de fases de H2O e CO2