Líquidos e sólidos: Forças intermoleculares, propriedade dos líquidos e propriedade dos sólidos

Líquidos e sólidos: Forças intermoleculares, propriedade dos líquidos e propriedade dos sólidos

Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Brasil.

 

Resumo

Através das forças intermoleculares é possível explicar como as moléculas se comportam nos diferentes estados físicos da matéria e compreender suas propriedades. A magnitude da tensão superficial de um liquido depende das forças de atração entre suas moléculas, quando as forças de atração são elevadas a tensão superficial também é elevada, além de depender, também, da temperatura. Analisando os estados físicos da matéria é possível verificar que os líquidos são menos compressíveis que os gases, pois nessa substância fluida há uma repulsão entre as nuvens eletrônicas de moléculas vizinhas, provocando então uma resistência na aproximação. Assim como a substância líquida é considerada uma fase intermediaria entre os gases e os sólidos, sua viscosidade- a resistência ao escoamento- também está entre os dois estados, os líquidos são mais viscosos que os gases e menos viscosos que os sólidos, um liquido tem maior fluidez e suas moléculas tem maior liberdade. Portanto, apesar de seu volume constante, sua forma irá depender do recipiente em que estiver contido. Para os líquidos evaporarem é necessário que a energia seja suficiente para vencer as forças intermoleculares e se isso não ocorrer a substância se solidifica. Os sólidos são as formas mais densas da matéria, diferentemente dos líquidos, devido suas moléculas não terem liberdade e serem empacotadas em formas cristalinas ou amorfas. Sendo sólidos cristalinos, as moléculas terão um arranjo ordenado de maneira rígida que se repete a longas distancias. Enquanto os sólidos amorfos, tem suas moléculas desordenadas e não possuem faces definidas.

Palavras-chave: interação molecular, fluido e cristais.  

Introdução

Em uma interação molecular é possível identificar que ocorrem os processos de atração ou repulso entre as moléculas, sem que ocorra a quebra ou formação de novas ligações químicas. Estas interações são frequentemente chamadas interações ou forças intermoleculares. A intensidade em que as moléculas interagem define seu estado físico, tendo também grande influência no seu ponto de ebulição e de fusão. Como na natureza a mesma substância pode obter diferentes propriedades físicas, existe também diferentes tipos de forças de atração entre as moléculas formadas por ligações covalentes. As moléculas de um líquido são mantidas em contato umas com as outras por meio das forças intermoleculares, mas essas moléculas possuem energia cinética suficiente para movimentarem-se e consequentemente chocarem-se. A fase líquida fica entre dois extremos, o gás e o sólido. A temperatura é um ponto crucial para definir o estado em que a matéria se encontra, pois, quando a temperatura alcança um nível muito baixo, em que as moléculas de uma substância líquida não têm energia suficiente para escapar, ainda que parcialmente, de seus vizinhos, ela se solidifica. A natureza do sólido depende dos tipos de força que mantêm os átomos, íons ou moléculas agregadas. A compreensão da estrutura dos líquidos, sólidos e das forças intermoleculares, em termos de propriedades auxilia a entender por que, por exemplo, os metais são maleáveis, mas os cristais de sal se quebram sob pressão ou porque a densidade da água é maior no seu estado líquido do que em seu estado sólido.  

Forças intermoleculares  

As forças atrativas entre as moléculas são chamadas de forças intermoleculares, são essas atrações que determinam todas as propriedades físicas de uma substância. Além de explicarem a existências dos estados condensados da matéria, são responsáveis pelo comportamento não ideal dos gases, enquanto as forças intramoleculares estabilizam as moléculas individuais. Os pontos de ebulição das substancias normalmente equivalem a intensidade das forças de atração presente entre as moléculas. Para passar para o estado de vapor, a energia tem que ser suficiente conseguindo vencer a atração entre as moléculas. Em geral, os mesmos princípios se aplicam ao ponto de fusão das substancias, aumentam junto com a intensidade das forças intermoleculares. É necessário compreender as forças intermoleculares para então discutir as propriedades das matérias condensadas. As forças intermoleculares também são conhecidas como forças de van der Waals, sendo constituída por: forças dipolo-dipolo, dipolo induzido e forças de dispersão. A ligação de hidrogênio é particularmente forte, já que apenas alguns elementos podem fazer esse tipo de ligação, será como uma categoria a parte. Os íons e dipolos atraem-se mutuamente por meio de forças eletrostáticas chamadas forças íon-dipolo, mas não são forças Van der Waals.

1.1 Forças dipolo-dipolo: Numa coleção de moléculas polares, os dipolos individuais têm a tendência de se orientar de maneira que a carga positiva numa molécula fique próxima da carga negativa de outra. As forças dipolo-dipolo são forças atrativas entre moléculas polares, quanto maior for o momento dipolo, maior será a força. Seu efeito é bem menor entre moléculas de um gás do que entre as moléculas fortemente compactadas num liquido ou solido, já que a força da atração diminui rapidamente a medida em que a distância entre os dipolos aumenta.  

[pic 1] Figura 1: interação entre dipolos  

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1.2 Ponte de hidrogênio: A ponte de hidrogênio é um tipo especial de interação dipolo-dipolo, ocorre quando o hidrogênio (H) é ligado diretamente a flúor (F), oxigênio (O) ou nitrogênio (N), elementos eletronegativos muito pequenos. Resultam em moléculas muito polares, com o hidrogênio positivo. Devido a extremidade positiva deste dipolo podem se aproximar bastante da extremidade negativa de um dipolo vizinho, a força de atração é particularmente forte. De modo geral, os pontos de ebulição de uma série de compostos semelhantes contendo elementos do mesmo grupo aumentam com o aumento da massa molar. Esta elevação do ponto de ebulição deve-se ao aumento das forças de dispersão nas moléculas quem contêm mais elétrons. Contrariando o critério da massa molar, o composto mais leve (NH3, H2O e HF) tem o ponto de ebulição mais elevados, o que indica que as atrações intermoleculares no NH3, H2O e HF são mais fortes quando comparadas com a das outras moléculas dos mesmos grupos. Na água as moléculas interagem fortemente umas com as outras por ponte de hidrogênio. O que produz forças atrativas muito mais forte do que em moléculas com massa similar, é isso que faz a água ser liquida em temperatura ambiente. A ponte de hidrogênio é responsável também pelo controle da orientação das moléculas de água no gelo, isso faz com que o gelo tenha uma estrutura bastante “aberta” e seja menos denso que a água liquida.