05/04/2012
Ligações Intermoleculares
Prof. Msc. Frederico Costa
03/04/2012
Relembrando…
Átomos
Moléculas
Química Aplicada a Engenharias
Matéria
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Ligação Intermolecular
•
As Ligações Intermoleculares são as responsáveis
pelas propriedades físicas apresentadas por fases
condensadas da matéria.
–
–
–
Propriedades Físicas – Propriedades tais como estado
físico, ponto de fusão, ponto de ebulição, viscosidade…
Fase – é uma porção da matéria que apresenta
composição química e propriedades físicas uniformes ao
longo de sua extensão.
Fase Condensada – classifica toda a matéria no Estado
Sólido ou Líquido.
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Ligação Intermolecular
•
Imagine a seguinte situação:
Do ponto de vista molecular, qual é a diferença entre estes estados da água?
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Ligação Intermolecular
•
•
Os tipos de Ligação Intermolecular são:
Tipo de Interação
Energia Média (kJ/mol)
íon-íon
250
íon-dipolo
15
dipolo-dipolo
2,0
dipolo-dipolo induzido
2,0
forças de London
2,0
ligação de hidrogênio
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OBS: Todos os tipos de ligação intermolecular envolvem forças de
atração coulômbicas (forças eletrostáticas)
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Ligação Íon-Dipolo
•
Acontece entre um íon e moléculas polares.
Distribuição da carga parcial ao redor
da molécula polar de água (H2O).
Representação de cargas elétricas
de um ânion (verde) e cátion
(vermelho).
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Ligação Íon-Dipolo
•
Uma das interações íon-dipolo mais comuns acontece
durante a hidratação, ou solvatação, de um íon em
água :
Em (a) um cátion é cercado por moléculas de água, já em (b) um
ânion é rodeado por moléculas de água.
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Ligação Íon-Dipolo
•
Para exemplificar este tipo de interação, consideremos a
dissolução de NaCl em água:
a) Primeiro contato entre moléculas de água
e um dos íons (Na+ ou Cl-), formação da
primeira ligação entre íon e molécula de
água.
b) As moléculas de água formam mais ligações
com o íon, enquanto este vai desfazendo
algumas de suas ligações com os outros íons
do corpo sólido.
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Ligação Íon-Dipolo
c) Finalmente o número de interações entre
as moléculas de água e o íon aumenta a
ponto de vencer as interações intermoleculares do sólido; desta maneira o íon é
inteiramente envolvido por moléculas de
água, finalizando assim o processo de solvatação.
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Ligação Íon-Dipolo
•
Por se tratar de uma atração coulômbica, a Energia
Potencial, Ep, da interação íon-dipolo pode ser
examinada com o auxílio da seguinte equação:
onde: μ – momento de dipolo elétrico da molécula
z – carga do íon
r – distância entre os núcleos (íons e moléculas)
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Ligação Íon-Dipolo
•
•
Portanto, a distância entre os núcleos afetará o valor de
Ep mais fortemente quando comparado com os valores
de carga.
Assim ligações íon-dipolo serão mais fortes quando
cargas altas e raios iônicos baixos se combinarem.
–
–
Sais de Li ou de Na são mais higroscópicos que os de K, Rb ou
de Cs.
Sais de Ba são ainda mais higroscópicos que os de K.
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Ligações Dipolo-Dipolo
• Ocorre entre moléculas polares.
Molécula de CHCl3 e suas cargas parciais, note bem a
localização da carga ao longo da molécula.
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Ligações Dipolo-Dipolo
• A Ep deste tipo de ligação pode ser examinada da
seguinte maneira:
onde: μ – momento de dipolo elétrico da molécula
r – distância entre os núcleos (moléculas)
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Ligações de Hidrogênio
• Característica de moléculas polares.
• Ocorre quando um átomo de H ligado a um átomo
pequeno e eletronegativo (tal qual N, O ou F) é
atraído pelos elétrons não ligantes de outro átomo
de N, O ou F.
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Ligações de Hidrogênio
• Este tipo de interação tem aproximadamente 10% da
força de uma ligação covalente, e é a mais forte
dentre as interações intermoleculares:
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Ligações de London
•
Ocorre entre moléculas apolares.
•
Formação do Dipolo-flutuante:
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Ligações de London
•
Ligação entre dipolos flutuantes:
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Ligações de London
•
Polarizabilidade (α) – é alta quando o átomo possui
pouco controle sobre os elétrons que o cercam. (altos
raios iônicos ou altos pesos moleculares)
Ao lado, a comparação entre três
hidrocarbonetos: à esquerda o pentano
C5H12, no meio o pentadecano C15H32
e à direita o octadecano, C18H38.
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Ligações de London
•
A Ep destas ligações é examinada pela seguinte
relação:
onde: α – polarizabilidade da molécula
r – distância entre os núcleos (íons e moléculas)
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Ligações de London
•
A forma das moléculas no espaço também
influencia a intensidade das ligações de London,
vide o exemplo abaixo:
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Ligações de London
•
Comparando a forma molecular dos halogênios é
possível verificar o efeito das Ligações de London:
Halogênio
Estado Físico a
25oC
Halogênio
F2
Br2
Cl2
I2
Estado Físico a
25oC
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Ligação Dipolo-Dipolo
induzido
• Ocorre entre uma molécula polar e outra apolar.
• A Ep deste tipo de ligação pode ser investigada por:
onde: μ – momento de dipolo elétrico da molécula
α – polarizabilidade da molécula
r – distância entre os núcleos (íons e moléculas)
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