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11.3:

Forças Intermoleculares

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Chemistry
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Intermolecular Forces

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As forças intermoleculares, que existem entre as moléculas, são originárias das interações eletrostáticas entre as cargas, as cargas parciais e as cargas temporárias. Todas as moléculas produzem cargas temporárias. Devido à distribuição variada de elétrons, uma maior densidade de elétrons numa região de nuvem de elétrons resulta num dipolo instantâneo, ou um dipolo temporário.Isto induz subsequentemente a outro dipolo instantâneo na molécula vizinha. O efeito dominó dos dipolos ascende a forças atrativas intermoleculares fracas chamadas forças de dispersão, que existem entre todas as moléculas, sejam polares ou não polares. Alguns compostos covalentes, como a água, por exemplo, têm regíons ricas em elétrons e regíons pobres em elétrons provocadas pelas diferenças dos átomos em eletronegatividade.A distribuição desigual de elétrons partilhados e a forma molecular do composto cria permanentemente cargas parciais, resultantes num dipolo permanente no neutron de outro composto tornando-o polar. As moléculas com dipolos permanentes também chamadas de compostos polares alinham-se através de forças dipolo-dipolo, onde a extremidade positiva de uma molécula interage eletrostaticamente com a extremidade negativa da molécula vizinha. Se um composto polar contiver um átomo de hidrogênio covalentemente ligado a um pequeno átomo altamente eletronegativo como o flúor, oxigênio, ou nitrogênio, os átomos tendem a ter cargas parciais maiores.Consequentemente, o átomo de hidrogênio em ligações F-H, O-H, N-H interagem fortemente com o átomo eletronegativo sobre o seu vizinho através de um tipo especial de dipolo dipolo uma força chamada ligação de hidrogênio. Nomeadamente, as ligações de hidrogênio são mais fortes do que as forças dipolo dipolo, e compostos capazes de formar ligações de hidrogênio exibem pontos de fusão e ebulição superiores. As três forças intermoleculares dispersão, dipolo-dipolo, e ligações de hidrogênio são, em comparação com as forças intramoleculares, relativamente fracas, com forças variáveis.São coletivamente classificadas como forças de van der Waals. Enquanto as forças de dispersão estão presentes entre todas as moléculas, polares ou não polares, forças dipolo dipolo e existem ligações de hidrogênio apenas em torno das moléculas polares. Exclusivamente para as soluções é a força íon-dipolo, que é a mais forte força intermolecular.Quando um composto iónico como o cloreto de sódio é dissolvido num solvente polar como a água, os íons dissociados interagem com os dipolos do solvente através das fortes forças íons-dipolo. Aqui, os catíons associam-se às extremidades negativas das moléculas da água, enquanto os aníons interagem com as extremidades positivas.

11.3:

Forças Intermoleculares

Átomos e moléculas interagem através de ligações (ou forças): intramoleculares e intermoleculares. As forças são eletrostáticas uma vez que surgem de interações (de atração ou repulsão) entre espécies carregadas (cargas permanentes, parciais, ou temporárias) e existem com variadas forças entre iões, moléculas polares, não polares, e neutras. Os diferentes tipos de forças intermoleculares são iãodipolo, dipolodipolo, ligações de hidrogénio, e dispersão; entre estas, as forças dipolodipolo, de ligações de hidrogénio, e de dispersão existem entre átomos neutros e moléculas e são colectivamente conhecidas como forças de van der Waals.

Forças dipolo–dipolo

As moléculas polares têm uma carga positiva parcial em uma extremidade e uma carga negativa parcial na outra extremidade da molécula—uma separação de carga chamada um dipole. Em uma molécula polar como HCl, o átomo de Cl mais eletronegativo contém a carga negativa parcial, enquanto que o átomo de H menos eletronegativo contém a carga positiva parcial. Uma força de atração entre moléculas de HCl resulta da atração entre a extremidade positiva de uma molécula de HCl e a extremidade negativa de outra. Essa força de atração é chamada de atração dipolodipolo, a força eletrostática entre a extremidade parcialmente positiva de uma molécula polar e a extremidade parcialmente negativa de outra.

Forças de Dispersão

Uma das três forças de van der Waals está presente em todas as fases condensadas, independentemente da natureza dos átomos ou moléculas que compõem a substância. Essa força de atração é chamada de força de dispersão de London em homenagem ao físico Americano Fritz London, nascido na Alemanha, que, em 1928, a explicou pela primeira vez. Esta força é muitas vezes referida simplesmente como a força de dispersão. Como os eletrões de um átomo ou molécula estão em movimento constante (ou, alternativamente, a sua localização está sujeita a variabilidade quântico-mecânica), a qualquer momento no tempo, um átomo ou molécula pode desenvolver um dipolo temporário e instantâneo se os seus eletrões forem distribuídos assimetricamente. A presença desse dipolo pode, por sua vez, distorcer os eletrões de um átomo ou molécula vizinha, produzindo um dipolo induzido. Estes dois dipolos temporários, que flutuam rapidamente, resultam em uma atração eletrostática relativamente fraca entre as espécies—chamada força de dispersão.

As forças de dispersão que se desenvolvem entre átomos em diferentes moléculas podem atrair as duas moléculas uma para a outra. No entanto, as forças são relativamente fracas e tornam-se significativas apenas quando as moléculas estão muito próximas. Átomos e moléculas maiores e mais pesados apresentam forças de dispersão mais fortes do que átomos e moléculas menores e mais leves. F2 e Cl2 são gases à temperatura ambiente (reflectindo forças de atração mais fracas); Br2 é um líquido, e I2 é um sólido (reflectindo forças de atração mais fortes).

Ligações de Hidrogénio

O fluoreto de nitrosil (FONF, massa molecular 49 amu) é um gás à temperatura ambiente, enquanto que a água (H2O, massa molecular 18 amu) é um líquido, embora tenha massa molecular mais baixa. Ambas as moléculas têm aproximadamente a mesma forma, e ONF é a molécula mais pesada e maior. Espera-se, portanto, que experiencie forças de dispersão mais significativas. Além disso, esta diferença nos pontos de ebulição não pode ser o resultado de diferenças nos momentos dipolares das moléculas. Ambas as moléculas são polares e apresentam momentos dipolares comparáveis. A grande diferença entre os pontos de ebulição deve-se a uma atração dipolodipolo particularmente forte que pode ocorrer quando uma molécula contém um átomo de hidrogénio ligado a um átomo de flúor, oxigénio, ou azoto (os três elementos mais eletronegativos). A grande diferença na eletronegatividade entre o átomo de H (2,1) e o átomo ao qual está ligado (4,0 para um átomo de F, 3,5 para um átomo de O, ou 3,0 para um átomo de N), combinada com o tamanho muito pequeno de um átomo de H e os tamanhos relativamente pequenos de átomos de F, O, ou N, leva a cargas parciais altamente concentradas com esses átomos. As moléculas com porções F-H, O-H, ou N-H são atraídas muito fortemente a porções semelhantes em moléculas próximas, um tipo particularmente forte de atração dipolodipolo chamada ligação de hidrogénio. Exemplos de ligações de hidrogénio incluem HF⋯HF, H2O⋯HOH, e H3N⋯HNH2, em que as ligações de hidrogénio são indicadas por pontos.

 Forças ião–dipolo

Uma força iãodipolo é a atração eletrostática entre um ião e um dipolo. Estas forças são comuns em soluções e desempenham um papel importante na dissolução de compostos iónicos na água.

Quando um composto iónico como KCl é adicionado a um solvente polar como a água, os iões no sólido separam-se e dispersam-se uniformemente. As forças iãodipolo atraem a extremidade positiva (hidrogénio) das moléculas de água polares para os iões cloreto negativos à superfície do sólido, e atraem as extremidades negativas (oxigénio) para os iões de potássio positivos. As moléculas de água rodeiam os iões K+ e Cl individuais, reduzindo as forças interiónicas fortes que unem os iões (em um sólido) e permitindo que estes se desloquem para a solução como iões solvatados. Superar a atração eletrostática permite o movimento independente de cada ião hidratado em uma solução diluída à medida que os iões passam de posições fixas no composto não dissolvido para iões solvatados e amplamente dispersos em solução.

A força das interações iãodipolo é diretamente proporcional à i) carga no ião e ii) magnitude do dipolo das moléculas polares.

Este texto é adaptado de Openstax, Chemistry 2e, Chapter 10: Liquids and Solids.