Química Básica - Estrutura - Departamento de Química ...

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Fig. 52 - Moléculas polares em um sólido atraindo-se pela interação entre as cargas parciais de seus dipolos elétricos (representados pelas setas). Ambas as orientações relativas mostradas (enfileiradas ou lado a lado) resultam em uma energia baixa (forças atrativas dominantes). A interação entre os dipolos elétricos de moléculas é denominada “interação ou força dipolo permanente-dipolo permanente”. Quantitativamente, essa interação pode ser avaliada a partir da expressão decorrente da Eq. 33: U ∝ - μ1 μ2 / r 3 (33) onde μ1 e μ2 são os momentos dipolares permanentes das moléculas não rotativas que estão interagindo entre si. Note que U varia com o cubo da separação entre as moléculas e diminui mais rapidamente com a distância (r) do que a energia potencial de forças íon-dipolo (Eq. 32). Além disso, essa interação é fraca, pois resulta da atração eletrostática entre cargas opostas parciais. Nos gases, durante a rotação das moléculas, as interações atrativas entre cargas parciais opostas superam levemente as interações repulsivas entre cargas parciais idênticas (Fig. 53). Como resultado, existe uma pequena atração líquida entre as moléculas do gás, que faz com este se transforme em um líquido (ou em sólido) quando resfriado a uma temperatura suficientemente baixa. Fig. 53 - Uma molécula polar rodando próxima a outra molécula polar passa mais tempo na orientação de menor energia (sombreado), então a interação resultante é atrativa. 97
As interações entre os dipolos permanentes de moléculas rodando em um gás podem ser avaliadas quantitativamente por meio da Eq. 34: U ∝ - μ1 2 μ2 2 / r 6 (34) Note na Eq. 34 que a energia varia com a sexta potência da distância entre as moléculas. Isto significa que as interações dipolo permanente-dipolo permanente entre moléculas rotativas são significativas somente quando as moléculas se encontram muito próximas (quase em contato). Isto justifica o fato dos gases se condensarem quanto suficientemente comprimidos. Nos líquidos, as moléculas também giram e a Eq. 34 descreve a variação da energia com a distância entre as moléculas. Contudo, em virtude de estarem muito mais próximas umas das outras, a interação entre elas é mais forte que no gás. Dessa forma, quanto mais fortes as forças de intemoleculares em um líquido, maior será a energia necessária para separá-las. Conseqüentemente, líquidos cujas moléculas experimentam forças de atração fortes (moléculas muito polares) possuem um alto ponto de ebulição. Finalmente nos sólidos, as forças intermoleculares são – por sua vez – geralmente mais fortes que nos líquidos, o que não permite a rotação molecular. Para ilustrar um exemplo basta lembrarmos dos hidrocarbonetos, que se apresentam no estado sólido quando contêm mais do que 23 átomos de carbono, conforme mostra a Tab. 13. Tab. 13 - Hidrocarbonetos constituintes do petróleo. As forças intermoleculares dominantes entre as moléculas dos alcanos são as “forças do London”, que são discutidas a seguir. As forças de dipolo induzido-dipolo induzido (London) Este tipo de força de atração intermolecular é mais significativo quando opera ente moléculas não-polares (apolares) ou entre átomos (no caso dos gases nobres). Isto explica o fato das substâncias apolares – por exemplo, hidrogênio e hélio – poderem condensar-se em um líquido quando resfriadas a uma temperatura suficientemente baixa. Assim, devem existir forças atrativas capazes de manter as moléculas juntas na fase líquida. Essas forças de atração são conhecidas como “forças de London”, em homenagem ao físico Alemão “Fritz London”, por ter proposto uma explicação para este tipo de força. A origem dessas forças se deve, naturalmente, ao movimento caótico dos elétrons na molécula ou no átomo. Assim, em um dado instante os elétrons podem amontoar-se mais num lado da molécula do que no outro. Como resultado, uma 98
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