Forças intermolecularesForças intermolecularesSólidos e LíquidosSólidos e Líquidos

Felix Velotto Notario 14397Felix Velotto Notario 14397Marion Yudi Arai Ohira 14416Marion Yudi Arai Ohira 14416

Algumas propriedades Algumas propriedades dos líquidosdos líquidos Algumas propriedades dos líquidosAlgumas propriedades dos líquidos

– ViscosidadeViscosidadeA resistência de um líquido para fluir é chamada A resistência de um líquido para fluir é chamada viscosidade.viscosidade.Quanto maior a viscosidade de um líquido, mais Quanto maior a viscosidade de um líquido, mais lentamente ele flui.lentamente ele flui.A viscosidade aumenta com a massa molecular e A viscosidade aumenta com a massa molecular e diminui com o aumento da temperatura.diminui com o aumento da temperatura.Unidade: poise que é 1 g/cm.s (cP)Unidade: poise que é 1 g/cm.s (cP)

Algumas propriedades Algumas propriedades dos líquidosdos líquidos– Tensão superficialTensão superficial

Tensão superficial é a energia necessária para aumentar a Tensão superficial é a energia necessária para aumentar a área superficial de um líquido em quantidade unitária. Ex: área superficial de um líquido em quantidade unitária. Ex: 7,29.107,29.10 ֿֿ² ² J/mJ/m²² significa que é necessário fornecer essa significa que é necessário fornecer essa energia para aumentar a área do líquido em 1 menergia para aumentar a área do líquido em 1 m².².

Ex: Inseto flutuando na água.Ex: Inseto flutuando na água.– Força coesiva X Força adesivaForça coesiva X Força adesiva

Força coesiva: força intermolecular que une moléculas Força coesiva: força intermolecular que une moléculas similares.similares.Forças adesivas: força intermolecular que une uma Forças adesivas: força intermolecular que une uma substância a uma superfície. Nada relacionado com os substância a uma superfície. Nada relacionado com os adesivos das meninas super-poderosas.adesivos das meninas super-poderosas.Ex.: Menisco no tubo de ensaio quando se tem água ou Ex.: Menisco no tubo de ensaio quando se tem água ou mercúrio.mercúrio.

Algumas propriedades Algumas propriedades dos líquidosdos líquidos

Viscosidade e tensão superficial.

Forças Forças intermoleculares intermoleculares

–Ex.: HCl é uma molécula polar porque as Ex.: HCl é uma molécula polar porque as eletronegatividades dos átomos são diferentes.eletronegatividades dos átomos são diferentes.

Forças dipolo-dipoloForças dipolo-dipolo– Geralmente mais fracas que as forças íon-dipolo.Geralmente mais fracas que as forças íon-dipolo.– Nas moléculas de tamanho e massa aproximadamente Nas moléculas de tamanho e massa aproximadamente

iguais, a força das atrações intermoleculares aumenta iguais, a força das atrações intermoleculares aumenta com o aumento da polaridade.com o aumento da polaridade.

– Moléculas de polaridades comparáveis: as com Moléculas de polaridades comparáveis: as com menores volumes moleculares geralmente sofrem menores volumes moleculares geralmente sofrem maiores forças atrativas.maiores forças atrativas.

Forças dipolo-dipoloForças dipolo-dipolo

(-) (+ ) (-) (+ )

Forças de dispersão de Forças de dispersão de LondonLondon

– EmEm 1930 Fritz London, um 1930 Fritz London, um físicofísico germano-germano-americano identificou que um átomo ou molécula americano identificou que um átomo ou molécula pode criar um momento de dipolo instantâneo. Ex.: pode criar um momento de dipolo instantâneo. Ex.: coleção de átomos de hélio.coleção de átomos de hélio.

– As forças de dispersão ocorrem entre todas as As forças de dispersão ocorrem entre todas as moléculas, não importa se elas são polares ou moléculas, não importa se elas são polares ou apolares.apolares.

– Estima-se que a força de dispersão seja Estima-se que a força de dispersão seja responsável por 80responsável por 80٪٪ da atração total entre as da atração total entre as moléculas.moléculas.

Forças de dispersão de Forças de dispersão de LondonLondon

– A força de dispersão de London é uma interação A força de dispersão de London é uma interação atrativa que ocorre quando o dipolo temporário de um atrativa que ocorre quando o dipolo temporário de um átomo pode induzir um dipolo similar em um átomo átomo pode induzir um dipolo similar em um átomo adjacente, fazendo com que os átomos sejam atraídos adjacente, fazendo com que os átomos sejam atraídos entre si. Pode ser chamada meramente de força de entre si. Pode ser chamada meramente de força de dispersão.dispersão.

– Tal força é significativa tão somente quando as Tal força é significativa tão somente quando as moléculas estão próximas, como as dipolo-dipolo.moléculas estão próximas, como as dipolo-dipolo.

– Polarizabilidade: facilidade com que a distribuição de Polarizabilidade: facilidade com que a distribuição de cargas em uma molécula pode ser distorcida por um cargas em uma molécula pode ser distorcida por um campo elétrico externo.campo elétrico externo.Ex.: os pontos de ebulição dos halogênios e dos gases Ex.: os pontos de ebulição dos halogênios e dos gases nobres aumentam com o aumento da massa molecular.nobres aumentam com o aumento da massa molecular.

Ligação de HidrogênioLigação de Hidrogênio– Poder ser considerada atração dipolo-dipolo ímpar. Como Poder ser considerada atração dipolo-dipolo ímpar. Como

F, O e N são bastante eletronegativos, uma ligação com F, O e N são bastante eletronegativos, uma ligação com hidrogênio e qualquer um desses elementos é bastante hidrogênio e qualquer um desses elementos é bastante polar, com o hidrogênio no lado positivo. polar, com o hidrogênio no lado positivo.

– Geralmente mais fortes que as forças dipolo-dipolo e de Geralmente mais fortes que as forças dipolo-dipolo e de dispersão.dispersão.

– Quando a água congela, as moléculas assumem o Quando a água congela, as moléculas assumem o arranjo aberto e ordenado. Esse arranjo otimiza as arranjo aberto e ordenado. Esse arranjo otimiza as ligações de hidrogênio entre as moléculas, mas ele cria ligações de hidrogênio entre as moléculas, mas ele cria uma estrutura menos densa para o gelo se comparada uma estrutura menos densa para o gelo se comparada com a água. Já no estado líquido, cada molécula de água com a água. Já no estado líquido, cada molécula de água sofre variações contínuas de interação com seu vizinhos.sofre variações contínuas de interação com seu vizinhos.

Ligação de hidrogênioLigação de hidrogênio

Ligação de hidrogênio na água.

Ligação de hidrogênio na amônia.

Ligação de hidrogênioLigação de hidrogênio

Estrutura do gelo.

Tendências na ligação Tendências na ligação de hidrogêniode hidrogênio

– Seja Y um átomo que possui um par de elétrons Seja Y um átomo que possui um par de elétrons não compartilhado e X-H um dipolo.não compartilhado e X-H um dipolo.

– O átomo Y deve possuir um par de elétrons não O átomo Y deve possuir um par de elétrons não compartilhado que atraia o lado positivo do dipolo compartilhado que atraia o lado positivo do dipolo da ligação X-H para que ocorra a ligação de da ligação X-H para que ocorra a ligação de hidrogênio.hidrogênio.

– Esse par de elétrons não deve ser muito difuso no Esse par de elétrons não deve ser muito difuso no espaço; se os elétrons ocupam um volume muito espaço; se os elétrons ocupam um volume muito grande, o dipolo da ligação X-H não sofrerá atração grande, o dipolo da ligação X-H não sofrerá atração direta muito forte, a não ser que Y seja um átomo direta muito forte, a não ser que Y seja um átomo muito pequeno e altamente eletronegativo, muito pequeno e altamente eletronegativo, especificamente N, O ou F.especificamente N, O ou F.

Tendências na ligação Tendências na ligação de hidrogêniode hidrogênio

– Entre esses três elementos, a ligação de hidrogênio Entre esses três elementos, a ligação de hidrogênio é mais forte quando o par de elétrons não é atraído é mais forte quando o par de elétrons não é atraído também fortemente por seu próprio núcleo. também fortemente por seu próprio núcleo.

– Para determinada ligação X-H, a ligação de Para determinada ligação X-H, a ligação de hidrogênio aumenta na ordem: X-Hhidrogênio aumenta na ordem: X-H······F < X-HF < X-H······O < O < X-HX-H······NN

– Quando X e Y são os mesmos, a energia de ligação Quando X e Y são os mesmos, a energia de ligação de hidrogênio aumenta na ordem: H-Fde hidrogênio aumenta na ordem: H-F······F > H-F > H-OO······O > H-NO > H-N······NN

– A ligação de hidrogênio no íon F-HA ligação de hidrogênio no íon F-H···F ···F estáestá entreentre as as maismais fortes fortes conhecidasconhecidas..

Comparando as forças Comparando as forças intermolecularesintermoleculares

– As forças de dispersão são encontradas em todas As forças de dispersão são encontradas em todas as substâncias. A intensidade dessas forças as substâncias. A intensidade dessas forças aumenta com o aumento da massa molecular e aumenta com o aumento da massa molecular e dependem das formas moleculares. As forças dependem das formas moleculares. As forças dipolo-dipolo adicionam-se ao efeito das forças de dipolo-dipolo adicionam-se ao efeito das forças de dispersão e são encontradas em moléculas polares. dispersão e são encontradas em moléculas polares. As ligações de hidrogênio, que necessitam de As ligações de hidrogênio, que necessitam de átomos de H ligados a F, O ou N também se átomos de H ligados a F, O ou N também se adicionam aos efeitos das forças de dispersão. As adicionam aos efeitos das forças de dispersão. As ligações de hidrogênio tendem a ser o tipo mais ligações de hidrogênio tendem a ser o tipo mais forte de força intermolecular. Entretanto, nenhuma forte de força intermolecular. Entretanto, nenhuma dessas forças intermoleculares é tão forte quanto dessas forças intermoleculares é tão forte quanto as ligações covalentes e iônicas ordinárias.as ligações covalentes e iônicas ordinárias.

Mudanças de fasesMudanças de fases– Toda mudança de fases é acompanhada por uma Toda mudança de fases é acompanhada por uma

variação na energia do sistema.variação na energia do sistema.– Processo chamado fusão é medido pelo calor de fusão, Processo chamado fusão é medido pelo calor de fusão,

ou entalpia de fusão, representado por ∆Hou entalpia de fusão, representado por ∆Hfusfus. Por . Por exemplo, o calor de fusão do gelo é de 6,01 kJ/mol.exemplo, o calor de fusão do gelo é de 6,01 kJ/mol.

– Processo chamado vaporização é medido pelo calor de Processo chamado vaporização é medido pelo calor de vaporização ou entalpia de vaporização, representado vaporização ou entalpia de vaporização, representado por ∆Hpor ∆Hvapvap. O calor de vaporização da água é de 40,7 . O calor de vaporização da água é de 40,7 kJ/mol. kJ/mol.

– O processo chamado sublimação é medido pelo calor de O processo chamado sublimação é medido pelo calor de sublimação, representado por ∆Hsublimação, representado por ∆Hsubsub. ∆H. ∆Hsubsub é a soma de é a soma de ∆H∆Hvapvap + ∆H + ∆Hfusfus. Portanto a água tem aproximadamente 47 . Portanto a água tem aproximadamente 47 kJ/mol de ∆HkJ/mol de ∆Hsubsub..

– O O super-resfriamento.super-resfriamento.

Mudanças de fasesMudanças de fases– A temperatura mais alta na qual uma fase líquida A temperatura mais alta na qual uma fase líquida

distinta pode se formar é chamada temperatura distinta pode se formar é chamada temperatura crítica. crítica.

– A pressão crítica é a pressão necessária para levar A pressão crítica é a pressão necessária para levar a liquefação a essa temperatura crítica.a liquefação a essa temperatura crítica.

– As temperaturas e pressões críticas são As temperaturas e pressões críticas são geralmente de considerável importância para o geralmente de considerável importância para o trabalho de certos profissionais que trabalham com trabalho de certos profissionais que trabalham com gases, porque elas fornecem informações sob as gases, porque elas fornecem informações sob as condições nas quais os gases se liquefazem. Ex.: o condições nas quais os gases se liquefazem. Ex.: o gás oxigênio tem temperatura crítica de 154,4 K, gás oxigênio tem temperatura crítica de 154,4 K, enquanto a amônia tem Tenquanto a amônia tem TCC de 405,6 K. de 405,6 K.

Mudanças de fasesMudanças de fases

Mistura azeotrópica. Mistura eutética.

Pressão de vaporPressão de vapor– Simplificando, pressão de vapor de um líquido é a Simplificando, pressão de vapor de um líquido é a

pressão exercida por seu vapor quando os estados pressão exercida por seu vapor quando os estados líquidos e de vapor estão em equilíbrio dinâmico.líquidos e de vapor estão em equilíbrio dinâmico.

– Um líquido entra em ebulição quando sua pressão Um líquido entra em ebulição quando sua pressão de vapor for igual à pressão externa agindo na de vapor for igual à pressão externa agindo na superfície do líquido. Nesse ponto, bolhas de vapor superfície do líquido. Nesse ponto, bolhas de vapor são capazes de se formar no interior do líquido.são capazes de se formar no interior do líquido.

– A temperatura de ebulição aumenta com o A temperatura de ebulição aumenta com o aumento da pressão externa.aumento da pressão externa.

– É característica de um líquido a uma dada É característica de um líquido a uma dada temperatura.temperatura.

Pressão de vaporPressão de vapor

Diagrama de fasesDiagrama de fases– O diagrama de fases é um gráfico bidimensional O diagrama de fases é um gráfico bidimensional

com pressão e temperatura como eixos, que com pressão e temperatura como eixos, que resume as condições de equilíbrio existentes entre resume as condições de equilíbrio existentes entre os diferentes estados da matéria, além de permitir os diferentes estados da matéria, além de permitir determinar a fase de uma substância estável em determinar a fase de uma substância estável em qualquer temperatura e pressão.qualquer temperatura e pressão.

– A única substância presente no sistema é aquela A única substância presente no sistema é aquela cujo diagrama de fase é examinado.cujo diagrama de fase é examinado.

Diagrama de fasesDiagrama de fases

Estrutura dos sólidosEstrutura dos sólidos– A unidade de um sólido que se repete é conhecida A unidade de um sólido que se repete é conhecida

como célula unitária.como célula unitária.– Rede cristalina é uma rede tridimensional de pontos, Rede cristalina é uma rede tridimensional de pontos,

cada um dos quais representa uma vizinhança cada um dos quais representa uma vizinhança idêntica no cristal.idêntica no cristal.

– Pode-se imaginar a formação da estrutura cristalina Pode-se imaginar a formação da estrutura cristalina como um todo arranjando os conteúdos da célula como um todo arranjando os conteúdos da célula unitária repetidamente em uma rede cristalina.unitária repetidamente em uma rede cristalina.

– Empacotamento denso de esferas, é possível porque Empacotamento denso de esferas, é possível porque muitas vezes as partículas que constituem os sólidos muitas vezes as partículas que constituem os sólidos são esféricas ou aproximadamente esféricas.são esféricas ou aproximadamente esféricas.

– Empacotamento denso hexagonal: ABAB.Empacotamento denso hexagonal: ABAB.– Empacotamento denso cúbico: ABCA, a célula Empacotamento denso cúbico: ABCA, a célula

unitária é a cúbica de face centrada.unitária é a cúbica de face centrada.– Número de coordenação é o número de partículas Número de coordenação é o número de partículas

vizinhas mais próximas de certa partícula em uma vizinhas mais próximas de certa partícula em uma estrutura cristalina.estrutura cristalina.

Célula cúbica de corpo Célula cúbica de corpo centradocentrado

Célula cúbica simplesCélula cúbica simples

Célula cúbica de faces Célula cúbica de faces centradascentradas

Estrutura cristalina do Estrutura cristalina do cloreto de sódiocloreto de sódio

Na+ Cl-

Ligações nos sólidosLigações nos sólidos– Sólidos moleculares:Sólidos moleculares:

Átomos e moléculas.Átomos e moléculas. Força de dispersão de London, forças dipolo-Força de dispersão de London, forças dipolo-

dipolo, ligações de hidrogênio.dipolo, ligações de hidrogênio. Razoavelmente macio, ponto de fusão de baixo Razoavelmente macio, ponto de fusão de baixo

a moderado, condução térmica e elétrica ruim.a moderado, condução térmica e elétrica ruim. Ex.: argônio, metano, sacarose, gelo seco.Ex.: argônio, metano, sacarose, gelo seco.

– Sólidos metálicos:Sólidos metálicos: Átomos.Átomos. Ligações metálicas.Ligações metálicas. De macios a muito duros, de baixos a altos De macios a muito duros, de baixos a altos

pontos de fusão, excelentes condutores térmicos pontos de fusão, excelentes condutores térmicos e elétricos, maleáveis e dúcteis.e elétricos, maleáveis e dúcteis.

Mar de elétrons.Mar de elétrons. EX.: todos os elementos metálicos, Cu, Fe, Al, Pt. EX.: todos os elementos metálicos, Cu, Fe, Al, Pt.

Ligações nos sólidosLigações nos sólidos– Sólidos covalentes:Sólidos covalentes:

Átomos ligados em uma rede de ligações Átomos ligados em uma rede de ligações covalentes.covalentes.

Muito duro, pontos de fusão muito altos, Muito duro, pontos de fusão muito altos, geralmente condutores térmicos e elétricos ruins.geralmente condutores térmicos e elétricos ruins.

Ex.: diamante e quartzo.Ex.: diamante e quartzo.– Sólidos iônicos:Sólidos iônicos:

Íons positivos e negativos.Íons positivos e negativos. Atrações eletrostáticas.Atrações eletrostáticas. Duros, quebradiços, alto ponto de fusão, pobres Duros, quebradiços, alto ponto de fusão, pobres

condutores térmicos e elétricos.condutores térmicos e elétricos. Ex.: sais típicos, NaCl.Ex.: sais típicos, NaCl.

Ametista Ametista

FluoritaFluoritaMinério de Minério de piritapirita

Estrutura dos sólidos

BuckybolaBuckybola – Amostra de grafite vaporizado com um pulso Amostra de grafite vaporizado com um pulso

intenso de luz laser, o vapor de carbono foi intenso de luz laser, o vapor de carbono foi carregado para dentro de um espectrômetro de carregado para dentro de um espectrômetro de massa usando um jato de gás hélio.massa usando um jato de gás hélio.

– Molécula de carbono, composta de 60 átomos de Molécula de carbono, composta de 60 átomos de carbono (12 pentágonos, 20 hexágonos).carbono (12 pentágonos, 20 hexágonos).

– Outras moléculas relacionadas têm sido Outras moléculas relacionadas têm sido descobertas. São agora conhecidas como descobertas. São agora conhecidas como fulerenos.fulerenos.

BuckybolaBuckybola

Buckybola: 60 átomos de carbono, 12 pentágonos e 20 hexágonos.

Nano-tubos ou "bucky-tubos" (buckytubes), um dos primeiros produtos industriais da nanotecnologia. Há estudos que pretendem utilizar esses materiais em aviões, automóveis e outros meios de locomoção, o que levaria à diminuição de peso e aumento da resistência mecânica.

Cristalografia Cristalografia – Técnica conhecida como cristalografia de raio X, na Técnica conhecida como cristalografia de raio X, na

qual um feixe de raio X é difratado por um cristal. O qual um feixe de raio X é difratado por um cristal. O padrão de difração pode ser gravado como pontos padrão de difração pode ser gravado como pontos onde os raios X chocam-se com um detector, que onde os raios X chocam-se com um detector, que grava as posições e as intensidades dos pontos.grava as posições e as intensidades dos pontos.

– Hoje a cristalografia de raio X é usada Hoje a cristalografia de raio X é usada extensivamente para determinar as estruturas de extensivamente para determinar as estruturas de moléculas em cristais.moléculas em cristais.

– Ex.: molécula cristalina de DNA, a forma de dupla Ex.: molécula cristalina de DNA, a forma de dupla hélice foi deduzida a partir de tal técnica.hélice foi deduzida a partir de tal técnica.

– A difração de raio X também provocou surpresa ao A difração de raio X também provocou surpresa ao demonstrar a estrutura amorfa do vidro, que é na demonstrar a estrutura amorfa do vidro, que é na realidade um líquido super-resfriado com viscosidade realidade um líquido super-resfriado com viscosidade tendendo ao infinito.tendendo ao infinito.

Cristalografia Cristalografia

Raio X incidindo em um sólido cristalino e fazendo a projeção.

Padrão de difração de raio X do DNA.

Equação de Clausius-Equação de Clausius-ClapeyronClapeyron

– A entalpia de vaporização pode ser determinada A entalpia de vaporização pode ser determinada experimentalmente, sendo a relação quantitativa entre a experimentalmente, sendo a relação quantitativa entre a pressão de vapor (p) e a temperatura absoluta (T) dada pressão de vapor (p) e a temperatura absoluta (T) dada pela equação de Clausius-Clapeyron (Chang, 1994):pela equação de Clausius-Clapeyron (Chang, 1994):

ln é o logaritmo neperiano.R é a constante dos gases.

ln (p/p°) = -∆Hvap/R (1/T - 1/T°)

Referências Referências bibliográficasbibliográficas

Brown, Lemay, Bursten: QUÍMICA: a ciência Brown, Lemay, Bursten: QUÍMICA: a ciência central, nona edição. central, nona edição.

http://www.prenhall.com/brown_brhttp://www.prenhall.com/brown_br httphttp://www.://www.chemkeyschemkeys.com/.com/brabra//mdmd//mdsmds_11/_11/

ecfsecfs_6/extras/ex__6/extras/ex_fluflu__supsup--vfvf..pdfpdf httphttp://www.://www.uvuv.es/.es/mabegagamabegaga//fullerenosfullerenos// httphttp://www.://www.comcienciacomciencia..brbr/reportagens//reportagens/fisicafisica//

fisica12fisica12..htmhtm http://www.qmc.ufsc.br/qmcweb/artigos/http://www.qmc.ufsc.br/qmcweb/artigos/

agua.htmlagua.html