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.
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