Módulo 2 - Aula 24 - Equilíbrio Químico

Módulo 1 - Aula 14: Ligações intermoleculares/ interações intermoleculares


Muitas das substâncias presentes na natureza são formadas por átomos que se ligam uns aos outros, por ligações covalentes, formando as moléculas. A água, por exemplo, é uma substância molecular cujas intensas ligações covalentes atuam mantendo unidos os três átomos que compõem sua molécula, uma unidade discreta. Porém, alguma força deve atuar para que as moléculas em um copo d’água não se separem umas das outras e se dispersem como um gás. A essa força de atração entre as moléculas dá-se o nome de interações intermoleculares, que são as responsáveis por manter unidas as moléculas de água na forma líquida.
No caso de um gás ideal, desconsideramos a existência de ligações ou interações entre as moléculas. Entretanto, muitas substâncias tratadas como gases ideais nas condições ambiente, quando submetidas a pressões mais elevadas e a temperaturas mais baixas, se liquefazem e até se solidificam. Isso comprova a existência de interações intermoleculares até mesmo nessas substâncias.
Muitas substâncias são mantidas no estado sólido por interações intermoleculares. Algumas delas apresentam alto grau de cristalinidade, como a sacarose, (C12H22O11(s)), e a ureia, (NH2)2CO(s).
O físico alemão Johannes Diederik van der Waals recebeu, em 1910, o prêmio Nobel em Física pelas suas pesquisas com interações intermoleculares em gases reais e líquidos, e, por isso, é comum chamarmos as interações intermoleculares de um modo geral, exceto a ligação de hidrogênio, de forças de Van der Waals.
É importante ressaltar que, apesar de estarmos tratando, neste momento, de interações intermoleculares, essas mesmas interações podem aparecer entre grupamentos de uma mesma molécula. Em tal situação, pode-se dizer que são interações intramoleculares e podem favorecer um determinado arranjo espacial molecular.

INTERAÇÕES DIPOLO-DIPOLO
As moléculas de muitas substâncias são eletricamente neutras como um todo. No entanto, por fatores como diferença de eletronegatividade e arranjo geométrico, essas mesmas moléculas possuem um dipolo elétrico permanente.
Isso significa que certas regiões dessa molécula têm a densidade eletrônica aumentada, provocando uma carga parcial negativa (ou polo negativo). Em contrapartida, há uma diminuição da probabilidade eletrônica em outras partes das moléculas polares, e, consequentemente, surge uma carga parcial positiva (ou polo positivo). Dessa forma, principalmente nos estados líquido e sólido, é muito comum as moléculas polares se alinharem e interagirem umas com as outras por interações eletrostáticas entre dipolos opostos. Essa interação é conhecida como dipolo-dipolo ou dipolo permanente-dipolo permanente.
As interações dipolo-dipolo aparecem em todas as substâncias que apresentam moléculas polares. São geralmente menos intensas que as ligações entre íons e diminuem a intensidade de forma acentuada com o aumento da distância.


Moléculas de clorometano, CH3Cl, em uma fase condensada, alinhadas, interagindo através de seus polos de cargas opostas. O CH3Cl é um gás nas condições ambiente, que condensa a –24ºC e congela a –97ºC.

INTERAÇÕES DIPOLO-DIPOLO INDUZIDO
Moléculas que têm dipolos permanentes podem distorcer a distribuição de carga elétrica em outras moléculas vizinhas, mesmo que estas não possuam dipolos permanentes (moléculas apolares), ou seja, a primeira molécula induz o aparecimento de um dipolo elétrico na outra. Essa interação é chamada de dipolo-dipolo induzido ou dipolo permanente-dipolo induzido. Tal interação aparece apenas em soluções e explica o fato de algumas substâncias moleculares polares, como a propanona, C3H6O(l), formarem mistura homogênea com outras apolares como o hexano, C6H14(l)

Molécula de propanona interagindo com outra de hexano. O polo negativo permanente da primeira molécula repeliu os elétrons da região da segunda, da qual se aproximou, fazendo surgir ali um polo positivo induzido e, consequentemente, o polo negativo aparece em outra região da molécula.

INTERAÇÕES DIPOLO INSTANTÂNEO-DIPOLO INDUZIDO
Mesmo em moléculas que não possuem momento de dipolo permanente (moléculas apolares), existe uma força de atração. Esse é o caso do gás nitrogênio, N2(g), e do líquido orgânico benzeno, C6H6(l). Essas ligações foram reconhecidas, pela primeira vez, pelo físico polonês Fritz London, que as relacionou com o movimento eletrônico nas moléculas. London sugeriu que, em um determinado instante, o centro de carga negativa dos elétrons e o de carga positiva do núcleo atômico poderiam não coincidir. Essa flutuação eletrônica poderia transformar as moléculas apolares, tal como o benzeno, em dipolos temporários, mesmo que, após certo intervalo de tempo, a polarização média seja zero. Esses dipolos instantâneos não podem orientar-se para um alinhamento de suas moléculas, mas eles podem induzir a polarização das moléculas adjacentes, resultando em forças atrativas. Estas são conhecidas como forças de dispersão, forças de London ou dipolo instantâneo-dipolo induzido e estão presentes em todas as moléculas apolares e polares.

Átomos de argônio (a) no estado gasoso e (b) liquefeito. No estado líquido, os átomos interagem-se mais.
As forças de London são as únicas interações intermoleculares no caso das substâncias formadas por moléculas apolares, e são importantes também no caso de algumas substâncias moleculares polares. Essas interações tendem a ser mais fracas no caso de moléculas menores. No entanto, em casos de moléculas grandes, com muitos elétrons, as distorções eletrônicas podem criar dipolos instantâneos mais intensos. Supõe-se que, em tais casos, é maior a possibilidade de polarização instantânea da nuvem eletrônica, com o consequente aumento global das interações intermoleculares.
No iodo, por exemplo, as interações intermoleculares são suficientemente intensas para permitir a sua existência no estado sólido à temperatura ambiente, ao contrário do que acontece com os outros halogênios com menor número atômico.
LIGAÇÕES DE HIDROGÊNIO

Algumas substâncias apresentam um tipo de interação dipolo-dipolo bastante diferenciada. A água e a amônia, quando comparadas a outros hidretos da mesma família do oxigênio e do nitrogênio, ou mesmo de outras colunas, apresentam temperaturas de ebulição bem elevadas. O que acontece é que átomos de hidrogênio, com geralmente apenas um próton e um elétron, ligam-se a átomos de alta eletronegatividade como os de flúor, oxigênio e nitrogênio. Como o elétron é fortemente atraído pelo átomo eletronegativo, esse próton encontra-se parcialmente exposto (próton desprotegido).
Tal próton pode interagir diretamente com os elétrons de outra molécula, resultando em uma forte rede de interações intermoleculares. Essa interação é chamada de ligação de hidrogênio e ocorre sempre entre átomos de hidrogênio fortemente polarizados positivamente e regiões de densidade eletrônica negativa: pode ser o polo negativo de outra molécula, outro grupamento da mesma molécula ou mesmo um íon.


INTERAÇÕES ÍON-DIPOLO
As interações íon-dipolo não são “interações intermoleculares” no sentido literal do termo, pois não ocorrem entre duas moléculas, mas sim entre íons e moléculas – geralmente moléculas polares. Essas são observadas nas soluções de substâncias iônicas ou ionizáveis em solventes moleculares, e são muito importantes como forças de solvatação. As interações íon-dipolo são, geralmente, mais intensas que as interações intermoleculares típicas. Comparando-se a interação íon-dipolo com a ligação íon-íon (iônica), nota-se que a primeira apresenta normalmente menor intensidade. Podemos afirmar, também, que as interações íon-dipolo são mais fortes quando o raio iônico é menor e a carga elétrica dos íons é maior.


Nenhum comentário:

Postar um comentário