QUÍMICA GERAL

Escola de Engenharia Industrial Metalúrgica Universidade Federal Fluminense

Volta Redonda - RJ

Prof. Dr. Ednilsom Orestes 25/04/2016 – 06/08/2016 AULA 10

MOLÉCULAS: ATRAÇÃO E REPULSÃO.

FORÇAS INTERMOLECULARES MAIS IMPORTANTES PARA LÍQUIDOS E SÓLIDOS QUE PARA GASES.

UMA ÚNICA MOLÉCULA DE H2O NÃO É ÚMIDA, NÃO CONGELA NEM FERVE!

CONJUNTO vs MOLÉCULAS ISOLADAS.

JÁ CONHECEMOS O GÁS (IDEAL).

QUAL A ORIGEM DESTAS FORÇAS? QUAL A RELAÇÃO COM AS PROPRIEDADES MOLECULARES?

©2010, 2008, 2005, 2002 by P. W. Atkins and L. L. Jones

𝐸𝑝 =𝑄1𝑄2

4𝜋𝜀0𝑟

FORÇAS INTERMOLECULARES SÃO RESPONSÁVEIS PELAS FASES.

TEMP. DE CONDENSAÇÃO OU SOLIDIFICAÇÃO DEPENDE FORÇAS INTERMOLECULARES.

INTERAÇÕES ÍON-ÍON E QUASE TODAS INTERMOLECULARES SÃO DO TIPO COULÔMBICA

LÍQUIDOS & SÓLIDOS “FORÇAS INTERMOLECULARES”

FORÇAS ÍON-DIPOLO

SÓLIDOS IÔNICOS HIDRATAÇÃO (SOLVATAÇÃO), NaCl EM H2O.

RESULTADO DA INTERÇÃO ENTRE UM ÍON E AS CARGAS PARCIAIS (CARGA COMPLETA) DE UMA MOLÉCULA POLAR.

𝐸𝑝 ∝ −𝑧 𝝁

𝑟2

ENERGIA DIMINUI COM A INTERAÇÃO ÍON–SOLVENTE POLAR.

FORTE DEPENDÊNCIA COM A DISTÂNCIA.

CURTO ALCANCE – PROXIMIDADE. GRANDES DISTÂNCIA – FORÇAS SE CANCELAM.

MAIS FRACAS QUE ENTRE ÍONS (CARGAS PARCIAIS). ÍON ATRAÍDO POR PARTE DA MOLÉCULA, REPELIDO POR OUTRA.

CRISTALIZAÇÃO – H2O RETIDA POR MOLÉCULAS FORMANDO HIDRATOS.

Na2CO3 ∙ 10H2O e CuSO4 ⋅ 5H2O

TAMANHO E CARGA CONTROLAM NÍVEL DE HIDRATAÇÃO.

Li e Na formam sais hidratados mas K, Rb e Ce (maiores) não – sais de NH4+ normalmente

anidros (151 pm) ≃ Rb+ (152 pm).

Ba2+ (135 pm) e K+ (138 pm): 𝐾𝐶𝑙 é anidro mas BaCl2 ⋅ 2H2O

O La3+ ("vizinho" do Ba, tem 122 pm) forma La NO3 3 ⋅ 6H2O e La2 SO4 3 ⋅ 9H2O

FORÇAS DIPOLO-DIPOLO

UMA MOLÉCULA POLAR CERCADA POR OUTRAS, 𝐂𝐇𝟑𝐂𝐥 (SÓLIDO).

𝐸𝑝 ∝ −𝝁1𝝁2

𝑟3

MÁXIMO ALINHAMENTO POSSÍVEL.

QUANTO MAIS POLARIZÁVEIS AS MOLÉCULAS MAIS FORTE A INTERAÇÃO.

QUANDO DISTÂNCIA DOBRA 𝑬𝒑 = 𝑬𝒑/𝟖.

CARGAS PARCIAIS DIFERENTES SE ATRAEM, MAS CARGAS IGUAIS SE REPELEM.

MAIS FRACA QUE ÍON-ÍON E QUE ÍON-DIPOLO.

𝐂𝐇𝟑𝐂𝐥 (GÁS) MAIOR LIBERDADE – BREVE RETENÇÃO ORIENTAÇÕES ENERGIA FAVORÁVEL (SINAIS OPOSTOS ADJACENTES).

ATRAÇÃO SUPERA LEVEMENTE REPULSÃO.

𝐸𝑝 ∝ −𝝁1𝝁2

𝑟6

MOLÉCULAS NO GÁS TEM INTERAÇÃO MAIS FRACA (SEPARAÇÃO).

NO LÍQUIDO INTERAÇÃO DIPOLO-DIPOLO MAIS FORTE E DETERMINA O PONTO DE EBULIÇÃO.

Qual composto tem ponto de fusão mais alto, o p-dicloro-benzeno ou o o-dicloro-benzeno? Os valores experimentais sao 180°C, para o-dicloro-benzeno, e 174°C, para o p-dicloro-benzeno.

Qual composto tem ponto de fusão mais alto, o cis-dicloro-eteno ou o trans-dicloro-eteno? [Resposta: cis-dicloro-eteno]

Qual composto tem ponto de fusão mais alto, o 1,1-dicloro-eteno ou o trans-dicloro-eteno?

FORÇAS DE LONDON

INTERAÇÕES ATRATIVAS MESMO ENTRE MOLÉCULAS APOLARES (LIQUEFAÇÃO DE GASES NOBRES E GASOLINA).

DISTRIBUIÇÃO DE CARGA (ELÉTRONS) EM TORNO DOS NÚCLEOS É DINÂMICA E VARIÁVEL (DEPENDE DO AMBIENTE QUÍMICO).

CARGAS PARCIAIS (DIPOLOS) INSTANTÂNEAS (𝟏𝟎−𝟏𝟔𝒔).

DISTORÇÃO NUVEM ELETRÔNICA INDUZ DISTORÇÃO MOLÉCULA VIZINHA – DIPOLO INDUZIDO.

ENERGIA INTERAÇÃO DEPENDE POLARIZABILIDADE (𝜶).

C5H

12

Pto ebulição 36°C. Pto ebulição 10°C.

C1

8H

38

C1

5H

32

MUITO POLARIZÁVEL – NÚCLEO TEM POUCO “CONTROLE” SOBRE ELÉTRONS – DISTÂNCIA OU BLINDAGEM – DIPOLOS INSTANTÂNEOS FORTES.

𝐸𝑝 ∝ −𝜶1𝜶2

𝑟6

MOLECULAS VOLUMOSAS SÃO POLARIZAVEIS.

𝐅𝟐 E 𝐂𝐥𝟐 SÃO GASES, 𝐁𝐫𝟐 LÍQUIDO E 𝐈𝟐 SÓLIDO.

𝐂𝐇𝟒 FERVE –161°C, 𝐂𝐂𝐥𝟒 FERVE 77°C E 𝐂𝐁𝐫𝟒 É SÓLIDO.

DEPENDÊNCIA COM FORMA.

©2010, 2008, 2005, 2002 by P. W. Atkins and L. L. Jones

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INTERAÇÕES DO TIPO DIPOLO-DIPLO INDUZIDO, O2 EM H2O.

𝐸𝑝 ∝ −𝝁1

2𝜶2

𝑟6

INTERACOES DE VAN DER WAALS

Explique as tendências dos pontos de ebulição dos halogenetos de hidrogênio: HCl (-85°C); HBr (-67°C) e; HI (-35°C). Diferencas de eletronegatividade diminuem de HCl para HI; logo, os momentos de dipolo diminuem e, em consequencia, as forcas dipolo-dipolo tambem diminuem. Sugere que os pontos de ebulicao deveriam diminuir de HCl para HI. Já o numero de eletrons da molecula aumenta de HCl para HI; logo, as interacoes de London tambem crescem e, em consequência, os pontos de ebulicao deveriam crescer de HCl para HI. Analise sugere que as interacoes de London predominam sobre as interacoes dipolo-dipolo no caso dessas moleculas.

Explique a tendência dos pontos de ebulição dos gases nobres, que aumentam do hélio para o xenônio. [Resposta: A energia das interacoes de London aumenta com o numero de eletrons.]

Sugira uma razão para que o o trifluoro-metano, CHF3, tenha ponto de ebulicao mais alto do que o tetrafluoro-metano, CF4.

LIGAÇÃO DE HIDROGÊNIO

©2010, 2008, 2005, 2002 by P. W. Atkins and L. L. Jones

INTERAÇÕES DE LONDON SÃO UNIVERSAIS (INDEPENDEM DA IDENTIDADE QUÍMICA).

LIGAÇÃO DE HIDROGÊNIO MUITO FORTE (N, O OU F). 𝑂 − 𝐻 101 pm < 𝑂 ⋯ 𝐻 (175 pm no gelo)

©2010, 2008, 2005, 2002 by P. W. Atkins and L. L. Jones

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Quais das seguintes ligacoes intermoleculares podem ser atribuidas as ligacoes de hidroge nio: (a) CH3NH2 a CH3NH2; (b) CH3OCH3 a CH3OCH3; (c) HBr a HBr?

[Resposta: Somente (a) tem o H diretamente ligado a N, O ou F.]

Quais das seguintes moleculas podem, no estado puro, participar de ligacoes de hidrogenio: (a) CH3OH; (b) PH3; (c) HClO (cuja estrutura e Cl–O–H)?

REPULSÕES Resultado da superposição de orbitais de moléculas vizinhas e do princípio da exclusão de Pauli (orbitais ligantes e antiligantes).

Ex.: He2