aula 4 ligações de hidrogênio e propriedades dos líquidos

Ligação de hidrogênio

Caso especial de forças dipolo-dipolo. A partir de experimentos: os pontos de ebulição de compostos com

ligações H-F, H-O e H-N são anormalmente altos. Forças intermoleculares são anormalmente fortes.

Forças intermoleculares


A ligação de H necessita do H ligado a um elemento eletronegativo (mais importante para compostos de F, O e N).

– Os elétrons na H-X (X = elemento eletronegativo) encontram-se

muito mais próximos do X do que do H.

– O H tem apenas um elétron, dessa forma, na ligação H-X, o H + apresenta um próton quase descoberto.

– Conseqüentemente, as ligações de H são fortes.



As ligações de hidrogênio são responsáveis pela: – Flutuação do gelo

Os sólidos são normalmente mais unidos do que os líquidos; Portanto, os sólidos são mais densos do que os líquidos. O gelo é ordenado com uma estrutura aberta para otimizar a

ligação H. Conseqüentemente, o gelo é menos denso do que a água. Na água, o comprimento da ligaçao H-O é 1,0 Å. O comprimento da ligação de hidrogênio O…H é 1,8 Å. O gelo tem águas ordenadas em um hexágono regular aberto. Cada + H aponta no sentido de um par solitário no O.


Viscosidade Viscosidade é a resistência de um líquido em fluir. Um líquido flui através do deslizamento das moléculas sobre outras. Quanto mais fortes são as forças intermoleculares, maior é a

viscosidade. Tensão superficial

As moléculas volumosas (aquelas no líquido) são igualmente atraídas pelas suas vizinhas.

Algumas propriedades dos líquidos

Viscosidade


Quais as diferenças fundamentais entre fluido e sólido?

• Fluido é mole e deformável

• Sólido é duro e muito pouco deformável

Passando para uma linguagem científica:

A diferença fundamental entre sólido e fluido está relacionada com a estrutura molecular:

– Sólido: as moléculas sofrem forte força de

atração (estão muito próximas umas das outras) e é isto que garante que o sólido tem um formato próprio;

– Fluido: apresenta as moléculas com um certo grau de liberdade de movimento (força de atração pequena) e não apresentam um formato próprio.

Fluidos:Líquidos e Gases

Líquidos: - Assumem a forma dos

recipientes que os contém;

- Apresentam um volume próprio (constante);

- Podem apresentar uma superfície livre;

Gases e vapores:

-apresentam forças de atração intermoleculares desprezíveis;

-não apresentam nem um formato próprio e nem um volume próprio;

-ocupam todo o volume do recipiente que os contém.

Fluidos:Líquidos e Gases

Teoria Cinética Molecular

“Qualquer substância pode apresentar-se sob qualquer dos três estados físicos fundamentais, dependendo das condições ambientais em que se encontrarem”

Estados Físicos da Matéria

Fluidos

De uma maneira geral, o fluido é caracterizado pela relativa mobilidade de suas moléculas que, além de apresentarem os movimentos de rotação e vibração, possuem movimento de translação e portanto não apresentam uma posição média fixa no corpo do fluido.

Fluidos x Sólidos

A principal distinção entre sólido e fluido, é pelo comportamento que apresentam em face às forças externas. Por exemplo, se uma força de

compressão fosse usada para distinguir um sólido de um fluido, este último seria inicialmente comprimido, e a partir de um certo ponto ele se comportaria exatamente como se fosse um sólido, isto é, seria incompressível.

Fatores importantes na diferenciação entre sólido e fluido

O fluido não resiste a esforços tangenciais

por menores que estes sejam, o que

implica que se deformam

continuamente.

F

Já os sólidos, ao serem solicitados

por esforços, podem resistir,

deformar-se e ou até mesmo

cisalhar.

Fatores importantes na diferenciação entre sólido e fluido

Fluidos x Sólidos

Os sólidos resistem às forças de cisalhamento até o seu limite elástico ser alcançado (este valor é denominado tensão crítica de cisalhamento), a partir da qual experimentam uma deformação irreversível, enquanto que os fluidos são imediatamente deformados irreversivelmente, mesmo para pequenos valores da tensão de cisalhamento.

Fluidos: outra definição

Um fluido pode ser definido como uma substância que muda continuamente de forma enquanto existir uma tensão de cisalhamento, ainda que seja pequena.

Propriedades dos fluidos

•Massa específica - É a razão entre a massa do fluido e o volume que contém essa massa (pode ser denominada de densidade absoluta)

V

m

volume

massa

Propriedades dos fluidos

•Massa específica - Nos sistemas usuais:

Sistema SI............................Kg/m3

Sistema CGS.........................g/cm3

Sistema MKfS........................Kgf.m-

4.s2

Massas específicas de alguns fluidos

Fluido (Kg/m3)

Água destilada a 4 oC 1000

Água do mar a 15 oC 1022 a 1030

Ar atmosférico à pressão atmosférica e 0 oC

1,29

Ar atmosférico à pressão atmosférica e 15,6 oC

1,22

Mercúrio 13590 a 13650

Petróleo 880

Aditivos para lubrificantes

• Aumentadores do índice de viscosidade;

• Polímeros de elevado peso molecular, longas cadeias

moleculares e altas viscosidades;

• Quanto maior a temperatura, mais as moléculas do

aditivo se distendem, aumentando a sua viscosidade e,

dessa forma, compensando o afinamento do óleo

básico.

• Melhoram as características de temperatura x

viscosidade.

Aditivos para lubrificantes

Determinação da Viscosidade Cinemática em Combustíveis

VISCOSIDADE CINEMÁTICA = C x t

V = Viscosidade da amostra (mm2s-1) C = Constante do tubo (mm2) t= tempo de escoamento entre o primeiro e segundo detector (s)

Ponto de Fluidez

• Ponto de fluidez – é a menor temperatura na qual o óleo ainda pode escoar nas condições do teste.

• Está ligado à facilidade de iniciar a lubrificação quando uma máquina fria é posta em funcionamento. O óleo deve fluir livremente.

• O método para determinação do Ponto de Fluidez, consiste em resfriar uma amostra num ritmo pré-determinado, observando-se a sua fluidez a cada queda de temperatura de 3°C, até que virtualmente a superfície da amostra permaneça imóvel (ponto de congelamento) por 5 segundos, ao se colocar o tubo de ensaio com a amostra, na posição horizontal.

• A temperatura 3oC acima desta é o ponto de mínima fluidez.

• Por exemplo, se um óleo apresentar um ponto de congelamento de -20oC , seu ponto de mínima fluidez será de -17oC .


Tensão superficial

Tensão superficial As moléculas da superfície são atraídas apenas para dentro no

sentido das moléculas volumosas. – Conseqüentemente, as moléculas da superfície estão mais

densamente empacotadas do que as moléculas volumosas. A tensão superficial é a energia necessária para aumentar a área

superficial de um líquido. As forças de coesão ligam as moléculas entre si. As forças de adesão ligam as moléculas a uma superfície.


Tensão superficial Menisco é a forma da superfície do líquido.

– Se as forças de adesão são maiores do que as forças de coesão, a superfície do líquido é atraída para o seu recipiente mais do que as moléculas volumosas. Portanto, o menisco tem formato de U (por exemplo, água em um copo).

– Se as forças de coesão são maiores do que as forças de adesão, o menisco é curvo para baixo.

Ação capilar: Quando um tubo de vidro estreito é colocado em água, o menisco puxa a água para o topo do tubo.


Representação de meniscos

As moléculas da superfície são atraídas apenas para dentro no sentido das moléculas volumosas.

Sublimação: sólido gás. Vaporização: líquido gás. Derretimento ou fusão: sólido líquido. Deposição: gás sólido. Condensação: gás líquido. Congelamento: líquido sólido.

Mudanças de fase

Mudanças de fase

Variações de energia acompanhado

as mudanças de fase Sublimação: Hsub > 0 (endotérmica). Vaporização: Hvap > 0 (endotérmica). Derretimento ou Fusão: Hfus > 0 (endotérmica). Deposição: Hdep < 0 (exotérmica). Condensação: Hcond < 0 (exotérmica). Congelamento: Hcong < 0 (exotérmica).

Mudanças de fase

Variações de energia acompanhando

as mudanças de fase Geralmente o calor de fusão (entalpia de fusão) é menor do que o

calor de vaporização :

– mais energia é gasta para separar completamente as moléculas do que para separá-las parcialmente.

Mudanças de fase

Mudanças de fase

Variações de energia acompanhando

as mudanças de fase Todas as mudanças de fase são possíveis sob as condições corretas. A sequência

aquecer sólido derreter aquecer líquido ferver aquecer gás

é endotérmica. A sequência

resfriar gás condensar resfriar líquido congelar resfriar sólido

é exotérmica.

Mudanças de fase

Curvas de aquecimento O gráfico de variação da temperatura versus calor fornecido é uma

curva de aquecimento. Durante a mudança de fase, a adição de calor não provoca nenhuma

variação na temperatura. – Esses pontos são usados para calcular o Hfus e o Hvap.

Super-resfriamento: ocorre quando um líquido é resfriado abaixo de seu ponto de fusão e ele permanece como um líquido.

Atingido através da manutenção da temperatura baixa e do aumento

da energia cinética para a quebra das forças intermoleculares.

Mudanças de fase

Mudanças de fase

Temperatura e pressão críticas Os gases são liquefeitos sob o aumento da pressão a uma

temperatura. Temperatura crítica: a temperatura mínima para liquefação de um

gás utilizando pressão. Pressão crítica: a pressão necessária para a liquefação.

Mudanças de fase

Temperatura e pressão críticas

Mudanças de fase

Explicando a pressão de vapor

no nível molecular Algumas das moléculas na superfície de um líquido têm energia

suficiente para escaparem da atração do líquido volumoso. Essas moléculas se movimentam na fase gasosa. À medida que aumenta o número de moléculas na fase gasosa,

algumas das moléculas atingem a superfície e retornam ao líquido.

Após algum tempo, a pressão do gás será constante à pressão de vapor.

Pressão do vapor


no nível molecular

Pressão do vapor


no nível molecular Equilíbrio termodinâmico: o ponto em que tantas moléculas

escapam da superfície quanto as que atingem. A pressão de vapor é a pressão exercida quando o líquido e o vapor

estão em equilíbrio dinâmico.

Volatilidade, pressão de vapor e temperatura Se o equilíbrio nunca é estabelecido, então o líquido evapora. As substâncias voláteis evaporam rapidamente ( P.E)

Pressão do vapor

Volatilidade, pressão de

vapor e temperatura Quanto mais alta for a temperatura, mais alta a energia cinética

média, mais rapidamente o líquido evaporará.

Pressão do vapor

Pressão do vapor

Volatilidade, pressão de vapor e temperatura

Pressão do vapor

Pressão de vapor e ponto de ebulição Os líquidos entram em ebulição quando a pressão externa se iguala à

pressão de vapor. A temperatura do ponto de ebulição aumenta à medida que a

pressão aumenta.

Pressão do vapor

Pressão de vapor e ponto de ebulição Duas maneiras de levar um líquido à ebulição: aumentar a

temperatura ou diminuir a pressão. – As panelas de pressão operam a alta pressão. A alta pressão o

ponto de ebulição da água é mais alto do que a 1 atm. Conseqüentemente, há uma temperatura mais alta em que a comida é cozida, reduzindo o tempo necessário de cozimento.

O ponto de ebulição normal é o ponto de ebulição a 760 mmHg (1 atm).

Pressão do vapor

Efeito Tonoscópico

Consiste na diminuição da pressão de vapor do

solvente quando adiciona-se um soluto não-volátil !

Pressão de

vapor é aquela

exercida pelas

moléculas (de

maior energia) do

solvente,

contra a

interface para

passar ao

estado de

vapor.

interface líquido/vapor

Pvapor

TONOSCOPIA

Com a adição de

partículas de soluto

(íons ou moléculas)

intensificam-se as

forças atrativas

moleculares e diminui

a pressão de vapor do

solvente.

Pvapor

Pvapor

soluto

Representação gráfica

A pressão de vapor

da solução é

menor do que a do

solvente puro.

aula 4 ligações de hidrogênio e propriedades dos líquidos

Documents