As Ligações Moleculares

[pic 1]

Trabalho De Química

Matheus Costa Oliveira

Santarém – Pará

Introdução

A natureza das forças que existem entre as moléculas nos estados sólido e líquido e que explicam propriedades como a solubilidade de substâncias moleculares pode ser entendida agora. Apesar de as moléculas serem constituídas por átomos neutros, que não perdem nem ganham elétrons, em muitas há existência de dipolos elétricos permanentes e, como consequência, ocorrem interações elétricas entre elas. Se tratando das moléculas apolares, explicando a atração entre tais moléculas quando as substâncias estão no estado sólido ou líquido, pois, afinal, se não houvesse interações entre as moléculas, tais substâncias só existiriam no estado gasoso, o que não é verdade. Os químicos desenvolveram formas de determinar as interações entre as moléculas, que são chamadas de interações de Van der Waals, em homenagem ao cientista holandês Johannes D. Van der Waals, autor da formulação matemática que permitiu o desenvolvimento desse estudo.

 

Desenvolvimento

INTERAÇÕES INTERMOLECULARES

        

As moléculas se atraem. Deste fato simples, surgem importantes conseqüências. Rios, lagos e oceanos existem porque as moléculas se atraem e formam um líquido. Sem esse líquido não haveria vida. Sem as forças entre as moléculas, nossa carne se separaria dos ossos e os oceanos virariam gás. Dizendo de forma menos dramática, as forças entre as moléculas governam as propriedades físicas da matéria e contribuem para explicar as diferenças entre as substâncias que estão a nossa volta. Elas explicam por que o dióxido de carbono é um gás que exalamos, por que a madeira é um sólido sobre o qual podemos ficar em pé e por que o gelo flutua na água. Quando muito próximas, as moléculas também se repelem. Ao entrar em contato, resistem á compressão. É por isso que as moléculas têm volume definido e não podem ser esmagadas até volume zero. Quando moléculas átomos ou íons aproximam-se uns dos outros dos outros dois fenômenos podem ocorrer, eles podem reagir ou eles podem interagir. Uma reação química por definição requer que ligações químicas sejam quebradas e/ou formadas. Uma interação química significa que as moléculas se atraem ou se repelem entre si, sem que ocorra a quebra ou formação de novas ligações químicas. Estas interações são frequentemente chamadas de interações não covalentes ou interações intermoleculares. As energias envolvidas em tais tipos de interações são muito menores que aquelas envolvidas em processos reativos. As interações intermoleculares estão intimamente relacionadas com as propriedades termodinâmicas de líquidos, sólidos e gases. Logo, o entendimento de tais forças intermoleculares é de extrema relevância se quisermos entender o comportamento a sistemas químicos a nível molecular. Estas interações surgem devido às forças intermoleculares, que são essencialmente de natureza elétrica, e fazem com que uma molécula influencie o comportamento de outra molécula em suas proximidades. Estas forças são responsáveis pelo desvio do comportamento ideal dos gases, e são mais efetivas nas fases líquida e sólida da matéria. Uma vez que estas forças intermoleculares se originam do contato não reativo entre duas moléculas, é natural pensar que as forças intermoleculares tenham um comportamento que varie com o inverso da distância de separação entre as moléculas interagentes, isto é, as interações serão mais fortes para pequenas distâncias de separação entre as moléculas. Tal fato faz com que as interações intermoleculares possam ser agrupadas em interações de curto alcance (aquelas que atuam a pequenas distâncias de separação intermolecular) e interações de longo alcance, que atuam em grandes distâncias de separação intermolecular. As fases condensadas da matéria são uma consequência da ação das forças intermoleculares. Quando os átomos, íons e moléculas não têm energia suficiente para escapar da influência de seus vizinhos, eles formam sólidos com arranjos característicos. Os líquidos formam-se quando os átomos podem se mover, mas não escapam completamente de sua influência. Todos os processos vitais estão relacionados com o reconhecimento molecular específico inter e intramolecular. Estes processos podem ser definidos como sendo interações fracas, usualmente reversíveis e altamente seletivas entre duas moléculas (intermolecular) ou dentro da macromolécula biológica (intramolecular). A tabela ilustra como os propriedades de um sistema estão intimamente relacionadas com a sua composição e estrutura tridimensional. Nesta tabela, são mostrados compostos com massas moleculares aproximadamente iguais, mas, que à temperatura ambiente existem em diferentes fases: butano (gás), acetona e álcool isopropílico (líquidos). É interessante perceber que dos dois líquidos, acetona e álcool isopropílico, a única diferença entre eles é a substituição de um grupo C=O por um grupo C–OH. Esta mudança é suficiente para alterar completamente as características dos dois líquidos. Como pode ser visto a acetona é um líquido muito mais volátil que o álcool isopropílico. A substituição dos grupos funcionais é acompanhada de uma mudança na estrutura tridimensional da molécula, que irá afetar completamente na qual elas irão interagir no líquido. Também é mostrado nesta tabela, os diferentes tipos de interações moleculares

[pic 2]

Tipos de Interações Intermoleculares

Existem três tipos de interações intermoleculares. Elas servem somente para as substâncias que possuem ligações covalentes. São elas:

- Pontes de Hidrogênio ou Ligações de Hidrogênio;

- Forças dipolo-dipolo, dipolo-permanente ou dipolar;

- Forças de London, Forças de Van der Waals ou dipolo-induzido.

Pontes de Hidrogênio ou ligações de hidrogênio

Esta interação intermolecular pode ser chamada também de Ligações de Hidrogênio. É realizada sempre entre o hidrogênio e um átomo mais eletronegativo, como flúor, oxigênio e nitrogênio.

Flúor H  +  Oxigênio Nitrogênio

É característico em moléculas polares. Podem ser encontrados no estado sólido e liquido.
É a ligação mais forte de todas, devida à alta eletropositividade do hidrogênio e à alta eletronegatividade do flúor, oxigênio e nitrogênio. De um lado, um átomo muito positivo e do outro, um átomo muito negativo. Isto faz com que a atração entre estes átomos seja muito forte. Por isso, em geral são sólidos ou líquidos.

Exemplos:
H2O, HF, NH3

Uma conseqüência das pontes de hidrogênio que existem na água é a sua elevada tensão superficial. As moléculas que estão no interior do líquido atraem e são atraídas por todas as moléculas vizinhas, de tal modo que as essas forças se equilibram. Já as moléculas da superfície só são atraídas pelas moléculas de baixo e dos lados. Consequentemente, essas moléculas se atraem mais fortemente e criam uma película parecida com uma película elástica na superfície da água. Este fenômeno ocorre com todos os líquidos, mas com a água, acontece mais intensamente. A tensão superficial explica alguns fenômenos, como por exemplo, o fato de alguns insetos caminharem sobre a água e a forma esférica das gotas de água.

...