06/10/2013

Forças Intermoleculares

06/10/2013 às 12:13:00

Antes de entrarmos no assunto de forças intermoleculares (entre moléculas), é preciso ter em mente o que são as forças intramoleculares (dentro das moléculas, ou seja, entre os átomos) e alguns conceitos sobre estados físicos da matéria. As forças intramoleculares são chamadas de ligações, ou seja, são as ligações covalente (polar e apolar); as ligações iônicas são forças eletrostáticas entre íons. No resumo das forças, ainda neste artigo, é possível ver esta última, listada junto com as outras forças intermoleculares. Já os conceitos sobre os estados físicos da matéria são discutidos nas imagens abaixo.

Observação: Quanto menos intensas forem as forças intermoleculares, mais volátil será a substância e menor será a sua temperatura de ebulição.
Forças intermoleculares são muito mais fracas do que as forças intramoleculares (por exemplo, 16 kJ mol^-1 versus 431 kJ mol^-1 para o HCl). Quando uma substância funde ou entra em ebulição, essas forças intermoleculares são quebradas e as moléculas são separadas. Já quando uma substância passa de gás para líquido ou sólido, as moléculas são reaproximadas e as ligações intermoleculares restabelecidas.

π-π Stacking:
Em química, pi stacking ou π–π stacking se refere a uma atração, não covalente entre anéis aromáticos. Stacking em tradução livre significa empilhamento. Essas interações são importantes na organização das moléculas de DNA e de RNA, tais como a dobra das proteínas e reconhecimento molecular, embora algumas novas pesquisas estejam começando a sugerir que o pi stacking pode não operar em algumas dessas aplicações.



Apesar de todos os experimentos e do interesse teórico, ainda não existe uma descrição unificada sobre os fatores que contribuem para as interações pi stacking.





Um dos exemplos mais famosos é o fulereno e o "buckycatcher", em referência a uma luva apanhando uma bola de beisebol. Essa "luva" ou "pinça" molecular é baseada em duas "buckybowls" côncavas com uma perfeita combinação para com uma molécula de fulereno convexa.

Forças íon-dipolo:
É a interação entre um íon e um dipolo e é a mais forte de todas as forças intermoleculares. Um exemplo é a dissolução do sal em água.
Basicamente, os dipolos são criados por moléculas que distorcem a nuvem eletrônica por serem mais eletronegativos (capacidade de um átomo em atrair elétrons para si em uma ligação química) que os átomos que estão ligados.

Forças de Van der Waals:
Inclui as forças dipolo-dipolo, de London (dipolos induzidos ou dipolos instantâneos) e a ligação de hidrogênio. Essas são as forças intermoleculares clássicas que também são chamas de forças de Van der Waals em homenagem ao físico holandês Johannes Van der Waals (1837-1923), que, em 1873, propôs a existência dessas forças.

Um fato interessante é que, em 2002, uma equipe multidisciplinar de cientistas de quatro universidades do estado americano da Califórnia publicou na revista Proceedings of the National Academy of Sciences o resultado de anos de pesquisa, que confirma a força de Van der Waals como a responsável pela capacidade das lagartixas em escalar praticamente qualquer superfície através da interacção de tais forças entre a superfície e as patas do animal.

Forças de Van der Waals: Dipolo-dipolo.
Ocorre entre moléculas polares neutras.
Se duas moléculas têm aproximadamente a mesma massa e o mesmo tamanho, as forças dipolo-dipolo aumentam com o aumento da polaridade.

Forças de Van der Waals: Forças de Dispersão de London ou Dipolos Induzidos.
É a mais fraca de todas as forças intermoleculares. O que acontece nesse tipo de interação é que o núcleo de uma molécula (ou átomo) atrai os elétrons de uma molécula adjacente (ou átomo). Por um instante, as nuvens eletrônicas ficam distorcidas e forma-se um dipolo (denominado dipolo instantâneo, induzido ou temporário).
Alguns pontos importantes a se observar são os seguintes:
  • As forças de dispersão de London aumentam à medida que a massa molecular aumenta.
  • Existem forças de dispersão de London entre todas as moléculas, mas é o único tipo de interação entre moléculas apolares.
  • As forças de dispersão de London dependem da forma da molécula.
  • Quanto maior for a área de superfície disponível para contato, maiores são as forças de dispersão.
  • As forças de dispersão de London entre moléculas esféricas são menores do que entre as moléculas com formato de linear (n-pentano e neo-pentano).
N-pentano: IUPAC = pentano. Neopentano: IUPAC = dimetil propano.
Ligação de Hidrogênio:
A ligação de hidrogênio é um caso especial de forças dipolo-dipolo. É uma forma de explicação dos pontos de ebulição anomalamente altos de substâncias que possuem o hidrogênio interagindo com um átomo muito eletronegativo. Como regra geral, esses átomos são o “FON” (flúor, oxigênio e nitrogênio).

Essa força intermolecular é tão mais forte que as outras que chega a ser chamada de “ligação”, embora também seja encontrada nomeada como “ponte de hidrogênio”, mas este termo tem caído em desuso.

Os elétrons em H-X (X = elemento muito eletronegativo) se encontram MUITO mais próximos do elemento X do que do hidrogênio, este, por sua vez, fica com carga parcial positiva e com um próton praticamente descoberto. Devido a esse fato, explica-se a força desse caso especial.

Flutuação do Gelo:
Os sólidos são normalmente mais unidos do que os líquidos, portanto, os sólidos são mais densos. Entretanto, o gelo é ordenado com uma estrutura aberta para otimizar a ligação de hidrogênio. Consequentemente, o gelo é menos denso do que a água. Na água, o comprimento da ligação H-O é 1,0 Å e o comprimento da ligação de hidrogênio O...H é 1,8 Å.
Agora, no final do artigo e partindo para o resumo, é importante ressaltar algumas das propriedades explicadas pelas forças intermoleculares. Essas propriedades são a viscosidade e a tensão superficial.

Viscosidade:
Viscosidade é a resistência de um líquido em fluir. Um líquido flui através do deslizamento das moléculas sobre outras. Portanto, quanto mais fortes são as forças intermoleculares, maior é a viscosidade.

Tensão Superficial:
Tensão superficial é um efeito físico que ocorre na camada superficial de um líquido que leva a sua superfície a se comportar como uma membrana elástica. As moléculas situadas no interior de um líquido são atraídas em todas as direções pelas moléculas vizinhas e, por isso, a resultante das forças que atuam sobre cada molécula é praticamente nula. As moléculas da superfície do líquido, entretanto, sofrem apenas atração lateral e inferior. Conseqüentemente, as moléculas da superfície estão mais densamente empacotadas do que as outras moléculas.

 O fenômeno de tensão superficial da água explica por que alguns insetos são capazes de andar sobre sua superfície.
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Fonte:
Slide do Prof. Glaucio B. Ferreira - Instituto de Química (UFF). Aula de Química Geral de 2013.1, Ligações Químicas.
Lucas

Tem vinte e um anos de idade e é o idealizador e designer do Química Suprema. É entusiasta na área de Divulgação Científica com ênfase nas Ciências Químicas e Farmacêuticas. Possui noções de linguagens de programação, e entende de Design Gráfico e manuseio de programas de edição. Em 2013 cursou Licenciatura em Química e em 2014 resolveu trocar para o curso de Farmácia. Estuda na UFF.


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