7/21/2019 Intermolecular

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Forças Intermoleculares

O que mantém as moléculas unidas nos estados líquido e sólido? Que força faza água, contrariando a gravidade, subir desde a raiz até o too da árvore mais alta?

!omo alguns insetos odem andar sobre a água? "or que o #$% tem a

configuraç&o em forma de 'élice?

Todos os objetos ao nosso redor são feitos de átomos. Estes átomos, algumas vezes,combinam-se e formam moléculas: são unidos através da formação de ligaçõescovalentes. Em outras alavras, alguns elétrons, !ue antes estavam em orbitais at"micosassam a formar orbitais moleculares. #as as moléculas são discretas: a água, or e$emlo, consiste em e!uenos gruos de % átomos, sendo um do elemento o$ig&nio !ueliga-se a dois átomos de 'idrog&nio. ( ligação covalente, entretanto, é intramolecular:aenas une os átomos !ue formam a molécula. ) !ue imede, entretanto, !ue todas asmoléculas em um coo de água se difundam elo meio, instantaneamente, dei$ando ocoo vazio* ) !ue mantém elas unidas* +omo elas formam um objeto slido, comacto,

!uando resfriadas*

 (s forças !ue e$istem entre as moléculas - forças intermoleculares - não são tão fortescomo as ligações i"nicas ou covalentes, mas são muito imortantes sobretudo !uando sedeseja e$licar as roriedades macroscicas da substncia. E são estas forças asresonsáveis ela e$ist&ncia de % estados f/sicos. 0em elas, s e$istiriam gases.

 (s forças intermoleculares t&m origem eletr"nica: surgem de uma atração eletrostáticaentre nuvens de elétrons e n1cleos at"micos. 0ão fracas, se comaradas 2s ligações

covalentes ou i"nicas. #as forte o suficiente ara sustentar uma lagarti$a no teto da sala. (s forças de van der 3aals, como também são con'ecidas as forças intermoleculares,odem surgir de % fontes. Em rimeiro, as moléculas de alguns materiais, emboraeletricamente neutras, odem ossuir um diolo elétricoermanente. 4evido a alguma distorção na distribuição dacarga elétrica, um lado da molécula e ligeiramente mais5ositivo5 e o outro é ligeiramente mais 5negativo5. ( tend&nciaé destas moléculas se alin'arem, e interagirem umas com asoutras, or atração eletrostática entre os diolos oostos. Estainteração é c'amada de diolo-diolo.

Em segundo, a resença de moléculas !ue tem diolos ermanentes ode distorcer adistribuição de carga elétrica em outras moléculas vizin'as,mesmo as !ue não ossuem diolos 6aolares7, através deuma olarização induzida. Esta interação é c'amada de diolo-diolo induzido.

E, em terceiro, mesmo em moléculas !ue não ossuem momento de diolo ermanente6e.g., no gás nobre ne"nio ou no l/!uido orgnico benzeno7 e$iste uma força de atração6do contrário nem o benzeno ou ne"nio oderiam ser li!uefeitos7. ( natureza destas

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forças re!uer a mecnica !untica ara sua correta descrição, mas foi rimeiramenterecon'ecida elo f/sico olon&s 8ritz 9ondon, !ue as relacionou com o movimentoeletr"nico nas moléculas. 9ondon sugeriu !ue, em um determinado instante, o centro decarga negativa dos elétrons e de carga ositiva do n1cleo at"mico oderia não coincidir.Esta flutuação eletr"nica oderia transformar as moléculasaolares, tal como o benzeno, em diolos temo-deendentes,

mesmo !ue, as um certo intervalo de temo, a olarizaçãomédia seja zero. Estes diolos instantneos não odem orientar-se ara um alin'amento de suas moléculas, mas eles odeminduzir a olarização das moléculas adjacentes, resultando emforças atrativas. Estas forças são con'ecidas como forças dedisersão 6ou forças de 9ondon7, e estão resentes em todas asmoléculas aolares e, algumas vezes, mesmo entre moléculasolares.

 (lgumas moléculas, entretanto, e$ibem um tio esecial de interaçãodiolo- diolo. o caso da água. ( temeratura de ebulição do 'idreto de

o$ig&nio é muito diferente de todos os outros 'idretos dos elementosda fam/lia do o$ig&nio. E$ceto a água, todos arecem seguir uma regra de

!ue !uanto menor a massa molecular, menor é a temeratura de ebulição. ;or esta regra 6!ue arece ser obedecida na fam/lia do carbono7, a água deveria ser,

2 temeratura ambiente, um gás, com uma temeratura de ebulição bem abai$o de <=+.Todos sabemos !ue, na verdade, a água é um l/!uido com onto de ebulição de >?<<=+@

 ( água, ortanto, deve ossuir um tio deinteração diferenciado. ) !ue acontece é !ue os'idrog&nios ligados ao o$ig&nio é !ue formam olado 5ositivo5 do diolo ermanente destamolécula. ) átomo de 'idrog&nio é formado or aenas um rton e um elétron. +omo o elétron éfortemente atra/do elo o$ig&nio, na água, esterton encontra-se desrotegido. ( água ossui,então, um diolo bastante forte, com uma dascargas 6ositiva7 bastante localizada. Este rtonode interagir com as regiões negativas 6oo$ig&nio7 de outras moléculas de água, resultandoem uma forte rede de ligações intermoleculares.

Esta interação é c'amada de ligação 'idrog&nio, e ocorre entreátomos de 'idrog&nio ligados a elementos como o o$ig&nio, fl1or ou nitrog&nio, com átomos de ), A ou 8 de outras moléculas.Esta interação é a mais intensa de todas as forçasintermoleculares.

 +omo conse!u&ncia das fortes interações intermoleculares, a água aresenta algumasroriedades eseciais. (lguns insetos, or e$emlo, odem andar sobre ela. Bma lminade barbear, se colocada 'orizontalmente, também flutua na água. Csto deve-se 2 tensãosuerficial da água: uma roriedade !ue faz com o l/!uido se comorte como se tivesse

uma membrana elástica em sua suerf/cie. Este fen"meno ode ser observado em !uasetodos os l/!uidos, e é o resonsável ela forma esférica de gotas ou bol'as do l/!uido. (razão é !ue as moléculas de água interagem muito mais fortemente com suas vizin'as do

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!ue com as moléculas do ar, na interface. (s moléculas !ue estão no interior da gota, or e$emlo, interagem com outras moléculas em todas as direções as moléculas dasuerf/cie, or outro lado, interagem somente com moléculas !ue estão nas suas lateraisou logo abai$o. Este desbalanço de forças intermoleculares faz com !ue estas moléculas,da suerf/cie, sejam atra/das ara o interior do l/!uido.;ara se remover estas moléculas da suerf/cie é

necessário uma certa !uantidade m/nima de energia -a tensão suerficial. ;ara a água, isto corresonde a<,<DDF joulesGm, a <o+. 9/!uidos orgnicos, comoo benzeno ou o tolueno, tem valores menores detensão suerficial, já !ue suas interaçõesintermoleculares são mais fracas.

Todos sabemos !ue a água ossui outra roriedade an"mala: o gelo bia sobre a águal/!uida. Csto or!ue a densidade do estado slido, na água, é menor do !ue no estadol/!uido. (s ligações 'idrog&nio, no estado slido, conferem 2 água uma organização

reticular !uase cristalina, com um maior esaço entre as moléculas, ou seja, uma menor densidade. ( maioria das outras substncias tem um maior grau de comactação - umamaior densidade - no estado slido.

 (s forças intermoleculares são também resonsáveis elas diferenças nas temeraturasde ebulição de vários is"meros constitucionais orgnicos, isto é, moléculas orgnicas !ueossuem a mesma frmula molecular 6e, or conse!u&ncia, a mesma massa molar7 mastem ontos de ebulição normal diferentes. ) onto de ebulição de um l/!uido é definidocomo sendo a temeratura na !ual a ressão de vaor e$ercida elo l/!uido se iguala 2ressão e$terna. ( água, ao n/vel do mar, tem uma ressão de vaor igual a ?,<< atmsomente a ?<< o+. lgico se assumir !ue !uanto mais forte for a atração entre asmoléculas, isto é, !uanto maior forem as forças intermoleculares, maior também será atemeratura necessária ara a ebulição do l/!uido. )bserve, como e$emlo, os doisis"meros ara a frmula +FH?, o n-entano e o neo-entano, ilustrados na figura ao lado. (mbas as moléculasnão ossuem diolo ermanente - são aolares. Então,ambas interagem, entre si, via forças de disersão 6london7.#as o !ue faz com !ue o n-entano ten'a uma temeraturade ebulição bem maior do !ue o neo-entano* )bserve!ue, 2 temeratura ambiente, o n-entano é um l/!uido,

en!uanto !ue o outro is"mero é um gás@

Este caso ilustra uma roriedade das interações intermoleculares: !uanto maior for aárea de contato entre as moléculas, maior é a interação. Ao caso no neo-entano, ainteração é dificultada devido ao imedimento esacial rovocado elo gruos -+H%. (olarização induzida ocorre mais intensamente no caso da cadeia linear.

Bma outra roriedade ode ser observada seacoman'armos a temeratura de ebulição dos

comostos ao lado. ) éter dimet/lico, embora ossua amaior massa molar, é o !ue tem a menor Te 6é um gás, 2temeratura ambiente7. Tanto o metanol como a água

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são l/!uidos, embora ten'am massa molar menores. ( água, a molécula mais leve dasérie, tem a maior temeratura de ebulição. Csto or!ue a água e o metanol interagem vialigação 'idrog&nio - a mais forte das interações intermoleculares, en!uanto !ue o éter interage via diolo-diolo - não ossui 'idrog&nios ligados ao o$ig&nio. ( água ossui dois'idrog&nios ligados ao ) - o !ue e$lica a sua maior temeratura de ebulição, em relaçãoao metanol, !ue ossui aenas um.

+omo vemos, a substituição dos 'idrog&nios da água or gruos -+H%leva a comostos com menor temeratura de ebulição. Todas as rote/nas !ue comõe o nosso organismo são constitu/das or se!u&ncias deamino-ácidos, ligados covalentemente. Estes comostos ossuem gruos -)H e -AHcaazes de formar uma forte rede de ligações intermoleculares. isto !ue confere aestrutura terciária das rote/nas, isto é, a sua forma caracter/stica de orientação esacial.Bm outro e$emlo é o 4A( de todos os 'umanos: sua forma de dula-'élice - é mantidagraças 2s ligações 'idrog&nio entre os gruos dos -)H e -AH das bases nitrogenadas'eteroc/clicas !ue o comõe: I+(T.

)s comostos orgnicos olares e$ibem, em geral, umasolubilidade significativa em água. ) aç1car é um e$emlo: émuito sol1vel em água. Csto se deve 2 caacidade !ue as

moléculas de água t&m de interagir com as moléculas dasacarose. ( solubilização também é um fen"meno regidoelas interações intermoleculares: entre as moléculas dosoluto e as moléculas do solvente.

Jefer&ncia: KKK.!mcKeb.org