Ligações Químicas - Forças Intermoleculares

Unifacs – Universidade Salvador

Abril- 2013

Forças intermolecular versus intramolecular

1. Forças de Van der Waals

• dípolo-dípolo

• dípolo-dípolo induzido

• forças de dispersão

2. Forças íon-dípolo

3. Ligação de hidrogênio

Tipos de Forças Intermoleculares

Obs.: na verdade, toda ligação apresenta um caráter intermediário entre iônico e covalente.

diferença de carátereletronegatividade iônico

diferença de eletronegatividade (Δ): Δ < 1,7 Δ = 1,7 Δ > 1,7

ligação covalente ligação iônica

Caráter iônico versus covalente

Caráter iônico versus covalente

Exemplo:

• São as forças atrativas entre as moléculas

• Asseguram a existência dos estados condensados da matéria: líquido

e sólido;

• São as principais responsáveis pelas propriedades físicas da matéria:

ponto de fusão e ponto de ebulição;

• São mais fracas que as forças intramoleculares, portanto a

evaporação de um líquido requer muito menos energia do que a

necessária para partir as ligações dentro das moléculas do líquido.

Forças Intermoleculares

Comparação dos estados de agregação da matéria

Aumento da força intermolecular

Interações entre as moléculas gasosas

Forças de atração Forças de repulsão

Interações de curto

alcance,

distância intermolecular

pequena,

Pressão alta.

Alcance relativamente

grande pressões

moderadas.

Interações entre as moléculas gasosas

Tipo de interação Espécies que interagem

Íon-íon Somente íons

Íon-dipolo Íons e moléculas polares

Dipolo-dipolo Moléculas polares

Dipolo-dipolo induzido Pelo menos um molécula deve ser polar

London (dispersão) Todos os tipos de moléculas

Ligação de hidrogênio Moléculas que contêm N, O, F; a ligação é um átomo H

compartilhado

Forças interiônicas e Intermoleculares

Forças de íon - dípolo

As interações íon – dipolo são fortes para íons pequenos com carga elevada. Em consequência,os cátions pequenos com carga elevada formam, frequentemente, compostos hidratados.

Em geral acontece durante a hidratação, ou solvatação,de um íon em água

(a) um cátion é cercado por moléculas de água

(b) Um ânion é rodeado por moléculas de água.

Por se tratar de uma atração coulômbica,

onde: μ – momento de dipolo elétrico da moléculaz – carga do íonr – distância entre os núcleos (íons e moléculas)

Forças de íon - dípolo

A Energia Potencial, Ep, da interação íon-dipolopode ser examinada com o auxílio da seguinteequação:

Onde:μ – momento de dipolo elétrico da moléculaz – carga do íonr – distância entre os núcleos (íons e moléculas)

Forças de íon - dípolo

Por se tratar de uma atração coulômbica,

• Ocorrem entre um íon (um cátion ou um ânion) e uma molécula

polar;

• A sua intensidade depende da (1) carga, do (2) tamanho do íon,

do (3) momento dipolar e (4) tamanho da molécula;

• Como os cátion são mais pequenos que os ânion (quando

isoeletrônicos) e no caso das cargas serem iguais em valores

absolutos, a interação de um cátion com um dípolo é mais forte

do que a de um ânion.

Forças de íon - dípolo

• São forças que atuam entre moléculas polares. Quanto maiores

forem os momentos dipolares e mais pequenas forem as moléculas,

maior é a força. As moléculas tendem a alinhar-se de tal modo que,

em média a interação atrativa é máxima.

Forças de dípolo - dípolo

Forças de dipolo - dipolo

A Energia potencial deste tipo de ligação pode ser examinada da seguinte maneira:

onde: μ – momento de dipolo elétrico da molécular – distância entre os núcleos (íons e moléculas)

Interação dipolo-dipolo

Forças de dipolo - dipolo

Dipolos instantâneos

O movimento de elétrons em um átomo ou em uma molécula pode

criar um momento de dipolo instantâneo.

É apresentada somente quando as moléculas estão próximas.

Não pode haver forças dipolo-dipolo entre átomos e

moléculas apolares.

Mas os gases podem

ser liquefeitos

Dipolos instantâneos

Explique porquê o n-pentano é um líquido e o neopentano é

um gás?

Este caso ilustra uma propriedade das interações

intermoleculares: quanto maior for à área de contato entre

as moléculas, maior é a interação. No caso no neo-

pentano, a interação é dificultada devido ao impedimento

espacial provocado pelo grupos -CH3. A polarização

induzida ocorre mais intensamente no caso da cadeia

linear.

• Dipolos instantâneos ocorrem por exemplo no átomo de He, em que os

elétrons movem-se a uma certa distância do núcleo, pelo que em qualquer

instante é provável que o átomo tenha um momento dipolar criado pelas

posições específicas dos elétrons

• As forças atrativas que surgem como resultado destes dípolos instântaneos

designam-se por forças de dispersão ou forças de London.

• As forças de dispersão aumentam com a massa molar, podendo ser iguais ou

superiores às forças dípolo-dípolo entre moléculas polares.

• Para moléculas de massas e tamanhos aproximada mente iguais, a força das atrações intermoleculares aumenta como aumento da polaridade.

Dipolos instantâneos

• Se colocarmos um íon ou uma molécula perto de um átomo neutro (ou de uma

molécula apolar), a distribuição eletrônica do átomo (ou molécula) fica distorcida

pela força exercida pelo íon ou pela molécula polar, forma-se o dípolo induzido.

• A interação atrativa entre um íon e o dipolo induzido chama-se interação íon -

dipolo induzido

• A interação atrativa entre uma molécula polar chama-se dipolo-dipolo induzido.

Forças íon-dipolo induzido e dipolo-dipolo induzido

Forças dípolo

1. Da carga do íon;

2. Da polarizibilidade do átomo neutro ou da molécula. Polarizibilidade (def.) é

facilidade com que a distribuição eletrônica do átomo neutro (ou molécula) pode ser

distorcida.

Tabela 1: Temperaturas de fusão de compostos apolares semelhantes

Composto Temperatura de fusão (ºC)

CH4 -182,5

C2H6 -183,3

CF4 -150,0

CCl4 -23,0

CBr4 90,0

CI4 171,0

CH3F -141,8

A probabilidade de um momento dipolar ser induzido depende

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.

Ligações de Hidrogênio

Característica de moléculas polares.

Figura: Molécula de água

Ligações de Hidrogênio

Figura 1: Variação do ponto de ebulição dos compostos formados a partir de elementos de diferentes períodos da

tabela periódica.

Metanol

Éter dimetílico

Água

ExercícioO éter dimetílico, embora possua a maior massa molar, é o que tem a

menor Te (é um gás, à temperatura ambiente). Tanto o metanol como a água

são líquidos, embora tenham massa molar menores. A água, a molécula mais

leve da série, tem a maior temperatura de ebulição. Por quê?

Isto porque a água e o metanol interagem via ligação hidrogênio - a

mais forte das interações intermoleculares, enquanto que o éter interage

via dipolo-dipolo - não possui hidrogênios ligados ao oxigênio. A água

possui dois hidrogênios ligados ao O - o que explica a sua maior

temperatura de ebulição, em relação ao metanol, que possui apenas um.

• É um tipo especial de interação dipolo-dipolo entre o átomo de

hidrogênio numa ligação polar como as N-H, O-H ou F-H, e um átomo

eletronegativo O, N, e F.

• Ocorre um aumento da massa molar do HCl para o HI o que causa um

aumento das Forças de London o que conduz ao aumento do p.e..

• No caso do HF, composto com maior p.e. é o que tem forças

intermoleculares mais fortes que são as pontes de hidrogênio.

• Tipo de interação descrita como forte dentre as interações

intermoleculares.

Ligações de Hidrogênio