aula polaridade, geometria molecular e forças intermoleculares

Disciplina: Química

Profª: Alda Ernestina

25/06/20151

Pré-Vestibular Samora MachelUniversidade Federal do Rio de Janeiro

Polaridade, geometria molecular e ligações intermoleculares

Geometria molecular

Teoria da repulsão dos pares de elétrons da camada de v alência

“Ao redor do átomo central, os pares eletrônicos li gantes e os não ligantesse repelem entre si e se afastam ao máximo uns dos outros”

Retrata o arranjo tridimensional dos átomos em uma molécula,ou seja, a forma da molécula

.. ..H O H

H

O

H

.. ..

180°104.5 °

Na molécula de água os pares de elétrons não ligant es do oxigênio se repelem, diminuindo o ângulo da ligação de 180° para 104.5 °

A geometria molecular então depende de dois fatores , a quantidade de átomos ligados ao átomo central e a presença de pares eletrônicos não ligan tes

Moléculas com 2 átomosA geometria de uma molécula com apenas 2 átomos será sempre LINEAR

FH H Cl

O O

Na geometria linear o ângulo de ligação é de 180°

Moléculas com 3 átomosA geometria de uma molécula com 3 átomos pode ser:

Na geometria angular o ângulo de ligação é de 116.8° quando há um par não ligante e de 104.5 ° quando há 2 pares

LINEAR – se o átomo central NÃO apresentar par de elétrons não ligantes

O C O H C N

BeH2 CO2 HCN

ANGULAR – se o átomo central apresentar um ou mais pares de e létrons não ligantes

O

H H

S

O O

O

O OH2O

SO2 O3

.. .. .. ..

Moléculas com 4 átomosA geometria de uma molécula com 4 átomos pode ser:

TRIGONAL PLANA – se o átomo central NÃO apresentar par de elétrons não ligantes

TRIGONAL PIRAMIDAL – se o átomo central apresentar par (es) de elétrons não ligantes

.... ..

B

H

HH

S

O

OO F F

F

B

BH3 SO3 BF3

N

H

HH

P

Cl

ClCl

NH3 PCl3

120°

Ângulo de 107°

Moléculas com 5 átomosUma molécula com 5 átomos apresenta geometria TETRAÉDRICAformando um ângulo de ligação de 109.5°

CH4

H

H

H

H

C

CCl4

Cl

Cl

Cl

Cl

C

109.5°C

Compostos orgânicos que apresentam somente ligações simples apresentam geometria tetraérica

Moléculas com 6 ou 7 átomosUma molécula com 6 átomos apresenta geometria BIPIRÂMIDE TRIGONAL

Uma molécula com 7 átomos apresenta geometria OCTAÉDRICA

PCl5

SF6

Vamos praticar?

Eletronegatividade e liga ções qu ímicasEletronegatividade – é a capacidade que um átomo tem de atrair para sios elétrons que ele compartilha com outro átomo em uma ligação covalente

Quanto maior a eletronegatividade maior a força com que o átomo “puxa”para si os elétrons compartilhados

Polariza ção das liga ções

A polaridade de uma ligação é expressa pela diferenç a de eletronegatividade (∆) entre os átomos ligados e de acordo com seu valor podemos classificar as ligações em:

O acúmulo de cargas elétricas em determinada região é denominado pólo e pode ser de dois tipos

maior concentração de elétrons

menor concentração de elétrons

∆= 0 ∆ = 0,1 até 1,7 ∆ > 1,7

Toda ligação iônica é polar , pois produz íons

Liga ção covalente APOLARApresenta momento dipolar igual a zero ( µ = 0), ocorre quando dois átomos iguais se ligam

∆ = 2,1 – 2,1 = 0

∆ = 3,5 – 3,5 = 0 ∆ = 4,0 – 4,0 = 0

∆ = 3,0 – 3,0 = 0

F2

H2

O2

H H Cl Cl

Cl2

O O F F

Como os átomos que se ligam são iguais a eletronega tividade é a mesma e nenhum “puxa” mais os elétrons do que o outro

Liga ção covalente POLARApresenta momento dipolar diferente de zero ( µ ≠ 0), ocorre quando dois átomos diferentes se ligam

H Cl

∆ = 3,0 – 2,1 = 0,9

H Cl+δ -δ

H F

∆ = 4,0 – 2,1 = 1,9

H F+δ -δ

C O

∆ = 3,5 – 2,5 = 1,0

C O+δ -δ

Neste caso o átomo mais eletronegativo sempre “puxa ” mais os elétrons do que o outro e o momento dipolar ( µ) é orientado no sentido do átomo menos eletronegativo para o mais eletronegativo

µ µ µ

Vamos praticar?

Eletronegatividade: H = 2.1; Cl = 3.0

Eletronegatividade: S= 2.5; H = 2.1; C = 2.5; Na = 0.9

Polaridade das moléculasAs moléculas também apresentam polaridade, que depe nde do tipo de ligação química (polar ou apolar) e da geometria mo lecular

Uma molécula polar apresenta pólos, devido à distrib uição desigual dos elétrons nas ligações que as compõe e sob a ação de um campo elétrico se orientam. O mesmo não ocorrem com as moléculas apolares

Moléculas ApolaresApresentam momento dipolar resultante igual a zero ( )

Uma molécula será apolar quando:

1) Todas as ligações que a compõe forem apolares

2) A soma total dos momentos dipolares for igual a zero

Ligação apolarH2

Molécula apolar

Ligação apolarCl2

Molécula apolar

Ligação apolarO2

Molécula apolar

H H Cl Cl O O

CO2, BeH2 e BF3 apesar de apresentarem ligações polares são moléculas apolares devido a geometria molecular, pois em ambos os casos os vetores se anulam

Moléculas PolaresApresentam momento dipolar resultante diferente de zero ( )

Molécula de HF é polar

Molécula de CHCl 3 é polar

NH

H

H

H F O

H H

C

H

Cl Cl

Cl

µ = 1.91 D

µ = 1.84 D

Molécula de H 2O é polar

Molécula de NH 3 é polar

µ = 1.48 D

E a molécula de metano (CH 4) é polar?

.. ..

..

Vamos praticar?

Eletronegatividade: Si = 1.8; O = 3.5; C = 2.5; Cl = 3.0; P = 2.1; H = 2.1; Be = 1.6

Forças intermoleculares ( ligações intermoleculares )� Forças que mantém as moléculas unidas em um compost o covalente

�Determinam as mudanças de estados físicos

�São de 3 tipos: forças de London; dipolo-dipolo per manente e ligações de hidrogênio

O éter evapora mais rapidamente do que a água, pois a força intermolecularque mantém suas moléculas unidas é mais fraca

Então dizemos que o éter é mais volátil (evapora mai s rapidamente) que a água

Forças de London (dipolo instantâneo – dipolo induzido )

Esse tipo de força intermolecular ocorre entre molé culas apolares

Uma molécula mesmo sendo apolar, devido ao moviment o dos elétrons pode momentaneamente ficar polarizada e por indução elét rica provocar a polarização de uma molécula vizinha

Molécula apolar

Molécula apolar

dipolo instantâneo dipolo instantâneo

Surge então uma atração elétrica muito fraca que ma ntém as moléculas unidas

Por serem forças muito fracas, as moléculas unidas por este tipo de força apresentam baixos pontos de ebulição (são voláteis) e constituem geralmente substâncias gasosas

H2, O2, N2, CO2, CH4, Cl2, He, Ne, Ar

As forças de London são as forças intermoleculares mais fracas que existem e são tamb ém conhecidas por for ças de VAN DER WALLS

Forças Dipolo – Dipolo (dipolo permanente)Esse tipo de força intermolecular ocorre entre molé culas polares

O pólo negativo de uma molécula atrai o pólo positi vo da molécula vizinha, de forma que a molécula apresenta um dipolo permane nte

Esse tipo de força intermolecular ocorre em substân cias polares como:

HCl, HBr, H 2S, CO, CHCl3, SO3

As forças dipolo-dipolo permanente são cerca de 10 vezes mais fortes que as forças de London e por isso provocam pontos de ebul ição mais elevados

HCl P ebulição = 50.5 °C

H2P ebulição = - 252.8 °C

Forças dipolo-dipolo permanente Forças de London

Liga ções por pontes de hidrogênioTipo especial de ligação dipolo-dipolo permanente q ue ocorre em entre moléculas que apresentam átomo de hidrogênio ligado s á átomos muito eletronegativos como: FLÚOR, OXIGÊNIO ou NITROGÊNIO (FON)

É o tipo de força intermolecular mais forte que há e ocorre em substâncias polares como:

HF

NH3

H2O

Vamos praticar?

Vamos praticar?

Ligações por pontes de hidrogênio e os cabelos

Os fios de cabelos são formados por proteínas, prin cipalmente queratinaO formato do cabelo depende das forças intermolecul ares que atuam na queratina, que são de dois tipos: pontes de hidrogênio e pontes de enxofre

A alta temperatura do secador ou da chapinha ésuficiente para romper essas ligações, tornando o cabelo liso e pronto para ser moldado

Princípio de funcionamento dos alisantes

Os alisantes são formulados com ácidos ou bases capazes de romper as ligações de enxofre do cabelo, permitindo moldá-lo

Forças intermoleculares e ponto de ebuliçãoPara que uma substância entre em ebulição é necessár io que as forças intermoleculares sejam rompidas.

Dois fatores interferem no ponto de ebulição das su bstâncias covalentes:

1) Tipo de força intermolecular – quanto mais forte for a interação, maior será o ponto de ebulição da substância

HCl

H2

Aumento do ponto de ebulição

H2 H2 H2O

Peb = -258,8 °C

Peb = 50,5 °C

Peb = 100 °C

Forças intermoleculares e ponto de ebulição2)Tamanho da molécula – em moléculas com o mesmo tipo de interação quanto maior a molécula, maior será o ponto de ebuli ção

CH4

CH3CH3

CH3CH2CH3

CH3CH2CH2CH3

CH3CH2CH2CH2CH3

CH3CH2CH2CH2CH2CH3

Forças de London

Tem

pera

tura

de

ebul

ição

CH3OH

CH3CH2OH

CH3CH2CH2OH

CH3CH2CH2CH2OH

CH3CH2CH2CH2CH2OH

CH3CH2CH2CH2CH2CH2OH

Ponte de hidrogênio

O ponto de ebulição aumenta com o aumento do tamanh o da cadeia

Vamos praticar?

Forças intermoleculares e solubilidadeO tipo de força intermolecular também influencia na solubilidade das substâncias covalentes, que geralmente obedece à regra do “ semelhante dissolve semelhante ”

H2O e etanol se misturam pois o etanol é capaz de fazer ligações de hidrogênio com as moléculas de água

H2O e óleo não se misturam pois o óleo (forças de London) não é capaz de fazer

ligações de hidrogênio com a água

Mas por que o etanol que é polar se mistura com gaso lina?O etanol apesar de ser polar é solúvel tanto em água (polar), quanto em gasolina (apolar) pois contém grupos apolares e pol ares

CH3 CH2 OH

Parte apolar (Solúvel em gasolina)

Parte polar (Solúvel em água)

Quanto maior a cadeia carbônica menos solúvel em ág ua

Etanol – solúvel tanto em água quanto em gasolina

CH2 CH2 CH2 CH3

OH

Parte apolar (Solúvel em gasolina)

Parte polar (Solúvel em água)

Como a parte apolar é bem maior que a polar, o butanol é insolúvel em água

São vitaminas insolúveis em água pois apresentam gr ande cadeia carbônica e poucosgrupos polares capazes de fazer ligações de hidrogê nio com a água

Vitaminas Lipossolúveis

OH

CH3 CH3CH3 CH3

CH3

CH3 CH3

CH3

CH2

OH

CH3

O

OH

CH3

CH3

CH3

CH3

CH3

CH3CH3

CH3

Vitamina A

Vitamina E

Vitamina D

As vitaminas A, D e E são apolares e por isso liposso lúveis (solúveis em gorduras)

Vitaminas Hidrossolúveis

N

N

N+

S

OH

CH3

NH2 CH3

N N

NH

N

OH

CH3CH3

O

O

OH

OH OH

O O

OH

OH

OH OH

São vitaminas solúveis em água pois apresentam muit os grupos polares capazes de fazer ligação hidrogênio com as molécula s de água

Vitamina B1

Vitamina B2

Vitamina C

As vitaminas B1, B2 e C são polares e por isso hidr ossolúveis (solúveis em água)

Vitaminas Hidrossolúveis

N

N

N+

S

OH

CH3

NH2 CH3

N N

NH

N

OH

CH3CH3

O

O

OH

OH OH

O O

OH

OH

OH OH

São vitaminas solúveis em água pois apresentam muit os grupos polares capazes de fazer ligação hidrogênio com as molécula s de água

Vitamina B1

Vitamina B2

Vitamina C

As vitaminas B1, B2 e C são polares e por isso hidr ossolúveis (solúveis em água)

Como funcionam os sabõesOs sabões são produzidos a partir da reação entre ó leos graxos (gorduras) ou óleos vegetais e uma base forte (NaOH) e por esse m otivo apresenta duas partes, uma lipofílica (solúvel em gordura) e outr a hidrofílica (solúvel em água)

Solubilidade dos gases em águaA maioria dos gases têm suas moléculas unidas por f orças de London e por este motivo apresentam baixa solubilidade em água, pois interagem fracamente com as moléculas de água

Nos refrigerantes o CO 2 é solúvel pois está a alta pressão dentro da garrafa

Mas então como são feitos os refrigerantes?

Vamos praticar?