Capítulo 11: Forças intermoleculares
Sólidos e Líquidos
Luiz Paulo Leal 17105
Marcos Leandro dos R. Dionísio 17059
Rafael Kioji Vivas Maeda 17122
Forças dipolo-dipolo


Nas moléculas de tamanho e massa
aproximadamente iguais, as forças de atração
intermoleculares aumentam com o aumento da
polaridade.
Moléculas de polaridades comparáveis: as com
menor volume molecular geralmente sofrem
maiores forças atrativas.
Forças dipolo-dipolo
(-)
(+)
(-)
(+)
Forças de dispersão de London
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
Em 1930 Fritz London, um físico germanoamericano 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 as forças de dispersão sejam
responsáveis 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 somente quando as
moléculas estão próximas, como as dipolodipolo.
Polarizabilidade: facilidade com que a
distribuição de cargas em uma molécula pode
ser distorcida por um campo elétrico externo.
Ligação de Hidrogênio



Poder ser considerada uma atração dipolodipolo especial. 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 dipolodipolo 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 suas vizinhas.
Ligação de hidrogênio
Ligação de hidrogênio
entre moléculas de ácido
fluorídrico.
Ligação de hidrogênio na amônia.
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 depende da
forma molecular. 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.
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.
Unidade: poise que equivale a 1g/cms (cP)
Viscosidade aumenta com a massa molecular e
diminui com o aumento da temperatura.
Algumas propriedades dos
líquidos


Tensão superficial
Tensão superficial é a energia necessária para aumentar a
área superficial de um líquido em quantidade unitária.
Ex: Inseto caminhando sobre a água.
Força coesiva X força adesiva
Força coesiva: força intermolecular que une moléculas
similares.
Força adesiva: força intermolecular que une uma
substância a uma superfície. Ex.: menisco no tubo de
ensaio, quando se tem água ou mercúrio.
Algumas propriedades dos
líquidos
Viscosidade e tensão
superficial.
Mudanças de fases
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



Toda mudança de fases é
acompanhada por uma variação na
energia do sistema.
∆H fusão
∆H vaporização
∆H sublimação = ∆H vap + ∆H fus
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
produzir liquefação nessa temperatura crítica.
As temperaturas e pressões críticas são geralmente
de considerável importância para certos profissionais
que trabalham com gases, porque elas fornecem
informações sobre quais os gases se liquefazem.
Ex.: o gás oxigênio tem temperatura crítica de 154,4
K, enquanto a da amônia é 405,6 K.
Mudanças de fases
Mistura azeotrópica.
Mistura eutética.
Pressão de vapor
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

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




Sólidos: cristalinos (quartzo, grafite) ou
amorfos (vidro, borracha).
Célula unitária: menor unidade de repetição
que retém todas as características de simetria
do sólido.
Rede cristalina: rede tridimensional constituída
pelo conjunto de células unitárias.
Pode-se imaginar a formação da estrutura
cristalina como um todo arranjando os
conteúdos da célula unitária repetidamente em
uma rede cristalina.
Célula cúbica simples
Célula cúbica de corpo centrado
Célula cúbica de faces centradas
Estrutura cristalina do cloreto de
sódio
Na+
Cl-
Obs.: Na+ está localizado nos
interstícios octaédricos.
Empacotamento denso de esferas

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Empacotamento denso de esferas: estrutura
adotada pelos sólidos cristalinos que maximiza
as forças atrativas entre as partículas.
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.
Empacotamento denso de esferas
Ligações nos sólidos


Sólidos iônicos:
 NaCl, K2SO4, CaCl2, (NH4)3PO4
 Íons positivos e negativos, não há moléculas
separadas
 Ligação iônica: atração entre íons positivos e
negativos
 Duro; quebradiço; alto ponto de fusão; baixa
condutividade elétrica no estado sólido;
frequentemente solúvel em água
Sólidos metálicos:
 Ferro, prata, cobre, outros metais e ligas
 Íons metálicos positivos com elétrons
delocalizados
 Ligação metálica: atração entre íons metálicos e
elétrons
 Maleável, dúctil, boa condutividade elétrica nos
estados sólido e líquido, boa condutividade térmica
Ligações nos sólidos


Sólidos moleculares:
 H2, O2, I2, H2O, CO2, CH4
 Constituído por moléculas
 Forças dipolo-dipolo, dispersão, ligações de
hidrogênio
 Pontos de ebulição e fusão de moderados a
baixos; macio; baixa condutividade térmica e
elétrica.
Sólidos covalentes:
 Grafite, diamante, quartzo
 Ligações covalentes
 Grande variação no grau de dureza e no ponto
de fusão, baixa condutividade elétrica
Cristalografia
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Técnica conhecida como cristalografia de raio-X,
na qual um feixe de raios-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 raios-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 raios-X também provocou surpresa
ao demonstrar a estrutura amorfa do vidro, onde
este na realidade é um líquido super-resfriado
com viscosidade tendendo ao infinito.
Cristalografia
Raios-X incidindo em um sólido
cristalino e fazendo a projeção.
Referências bibliográficas





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/
extras/ex_flu_sup-vf.pdf
http://www.qmc.ufsc.br/qmcweb/artigos/agua.html
http://www.comciencia.br/reportagens/fisica/fisica1
2.htm