Forças intermoleculares, líquidos e sólidos.

Uma comparação entre sólidos e líquidos.

Os gases são altamente compressíveis, assumem a forma e o volume do recipiente, as moléculas de gás estão separadas e não interagem muito entre si.

Os líquidos são quase incompressíveis, assumem a forma, mas não o volume do recipiente, as moléculas de líquidos são mantidas mais próximas do que as moléculas de gases, mas não de maneira tão rígida de tal forma que as moléculas não possam deslizar umas sobre as outras. Os sólidos são incompressíveis e têm forma e volume definidos. As moléculas de sólidos estão mais próximas, as moléculas estão unidas de forma tão rígida que não conseguem deslizar facilmente umas sobre as outras.

A conversão de um gás em um líquido ou sólido requer que as moléculas se aproximem: resfriamento ou compressão. A conversão de um sólido em um líquido ou gás requer que as moléculas se distanciem: aquecimento ou redução da pressão. As forças que mantêm os sólidos e líquidos unidos são denominadas forças intermoleculares.

Forças intermoleculares

Forças dipolo-dipolo

Nas moléculas de tamanho e massa aproximadamente iguais, as forças de atração intermoleculares aumentam com o aumento da polaridade. Moléculas de polaridades comparáveis: as com menor volume molecular geralmente sofrem maiores forças atrativas.

Forças de dispersão de London

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

chamada meramente de força de dispersão. Tal força é significativa somente quando as moléculas estão próximas, como as dipolo- dipolo. Polarizabilidade: facilidade com que a distribuição de cargas em uma molécula pode ser distorcida por um campo elétrico externo.

Ligação de Hidrogênio

Poder ser considerada uma atração dipolo- dipolo especial. Como F, O e N são bastante eletronegativos, uma ligação com hidrogênio e qualquer um desses elementos é bastante polar, com o hidrogênio no lado positivo. Geralmente mais fortes que as forças dipolo- dipolo e de dispersão.

Comparando as forças intermoleculares

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

Algumas propriedades dos líquidos

Viscosidade

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

Tensão superficial

Tensão superficial é a energia necessária para aumentar a área superficial de um líquido em quantidade unitária.

Ex: Inseto caminhando sobre a água.

Força coesiva X força adesiva

Força coesiva é a força intermolecular que une moléculas similares. Força adesiva é a força intermolecular que une uma substância a uma

superfície.

Ex: menisco no tubo de ensaio, quando se tem água ou mercúrio.

Mudanças de fases

Toda mudança de fases é acompanhada por uma variação na energia do sistema.

Ex: ∆H fusão, ∆H vaporização, ∆H sublimação = ∆H vap + ∆H fus , o super-resfriamento.

A temperatura mais alta na qual uma fase líquida distinta pode se formar é chamada temperatura crítica. A pressão crítica é a pressão necessária para produzir liquefação nessa temperatura crítica. As temperaturas e pressões críticas são geralmente de considerável importância para certos profissionais que trabalham com gases, porque elas fornecem informações sobre quais os gases se liquefazem.

Ex: o gás oxigênio tem temperatura crítica de 154,4 K, enquanto a da amônia é 405,6 K.

Pressão de vapor

Simplificando, pressão de vapor de um líquido é a pressão exercida por seu vapor quando os estados líquidos e de vapor estão em equilíbrio dinâmico. Um líquido entra em ebulição quando sua pressão de vapor for igual à pressão externa agindo na superfície do líquido. Nesse ponto, bolhas de vapor são capazes de se formar no interior do líquido. A temperatura de ebulição aumenta com o aumento da pressão externa. É característica de um líquido a uma dada temperatura.

Diagrama de fases

O diagrama de fases é um gráfico bidimensional com pressão e temperatura como eixos, que resume as condições de equilíbrio existentes entre os diferentes estados da matéria, além de permitir determinar a fase de uma substância estável em qualquer temperatura e pressão. A única substância presente no sistema é aquela cujo diagrama de fase é examinado.

Estrutura dos Sólidos

Os sólidos podem ser cristalinos (quartzo, grafite), onde os átomos ou moléculas estão ordenados em arranjos bem definidos ou sólidos amorfos (sem forma) cujas partículas não têm forma regular; muitos deles são misturas de moléculas que não se encaixam muito bem (vidro, borracha).

Célula unitária é a menor unidade de repetição que retém todas as características de simetria do sólido. Rede cristalina, rede tridimensional constituída pelo conjunto de células unitárias. Pode-se imaginar a formação da estrutura cristalina como um todo arranjando os conteúdos da célula unitária repetidamente em uma rede cristalina. A célula unitária pode ser descrita pelo comprimento das arestas e dos ângulos. Todas as redes de cristais de todos os sólidos cristalinos podem ser descritas por sete tipos básicos de células unitárias. A mais simples é a cúbica.

Ligações nos sólidos

Sólidos iônicos: NaCl, K 2 SO 4, CaCl 2, (NH 4 ) 3 PO 4 ; Íons positivos e negativos, não há moléculas separadas; Ligação iônica: atração entre íons positivos e negativos; Duro; quebradiço; alto ponto de fusão; baixa condutividade elétrica

no estado sólido; frequentemente solúvel em água.Sólidos metálicos: Ferro, prata, cobre outros metais e ligas; Íons metálicos positivos com elétrons delocalizados; Ligação metálica: atração entre íons metálicos e elétrons; Maleável, dúctil, boa condutividade elétrica nos estados sólido e

líquido, boa condutividade térmica.Sólidos moleculares: H 2, O 2, I 2, H 2 O, CO 2, CH 4; Constituído por moléculas; Forças dipolo-dipolo, dispersão, ligações de hidrogênio;

Pontos de ebulição e fusão de moderados a baixos; macio; baixa condutividade térmica e elétrica.

Sólidos covalentes : Grafite, diamante, quartzo; Ligações covalentes; Grande variação no grau de dureza e no ponto de fusão, baixa

condutividade elétrica.