Muito das propriedades das substâncias moleculares, como temperatura de fusão temperatura de ebulição e solubilidade podem ser interpretadas com base na geometria das moléculas na polaridade das ligações entre os átomos que as formas.
Ligações polares e ligações apolares
Considere as moléculas do gás oxigênio, nitrogênio, e cloro. Segundo os modelos estabelecidos para as ligações covalentes, os átomos envolvidos nestas ligações compartilham elétrons.
Quando esses compartilhamentos ocorrem entre átomos de mesma eletronegatividade ambos exercem a mesma força de atração sobre os elétrons da ligação. Logo a distribuição de cargas no espaço é simétrica, não há formação de pólos elétricos na molécula, e a ligação química é classificada como a polar.
Ligações covalentes apolares – são aquelas em que os elétrons são igualmente compartilhado entre os átomos da ligação.
Nas ligações covalentes entre átomos de diferentes eletronegatividades, o mais eletronegativo atrai com maior intensidade os elétrons da ligação, deslocando para si maior densidade de carga negativa.
Os 2 átomos em uma ligação covalente polar formam o dipolo elétrico, que resultam em uma carga parcial positiva e uma carga parcial negativa de mesma intensidade. Na molécula de cloreto de hidrogênio, por exemplo os elétrons da ligação são mais fortemente atraídos pelo cloro, cuja eletronegatividade maior. Essa ligação é denominada covalente polar.
Ligações covalentes polares- são aquelas em que os pares de elétrons compartilhados estão mais próximos de um dos átomos da ligação, átomos mais eletronegativos. Na linha A região de ligação que apresenta a maior densidade de elétrons é representado por Partícula negativa. A região com menor densidade eletrônica representado por partícula positiva.
Momento de dipolo e polaridade das moléculas
A polaridade de uma ligação é uma consequência da simetria ou não com que os elétrons da ligação se distribui em torno dos átomos envolvidos. Numa ligação apolar, os elétrons estão espalhados de maneira simétrica. Nas ligações polares, eles estão mais concentrados ao redor dos átomos mais eletronegativos.
De forma semelhante, pode-se dizer que uma molécula polar é aquela em que os elétrons estão simetricamente distribuídos. Uma molécula é polar quando uma de suas extremidades apresenta a maior densidade eletrônica, ou seja a distribuição de cargas é uniforme assimétrica. As ligações polares apresentam dipolos elétricos. Por convenção, um dipolo elétrico é representado por um vetor que aponta para a extremidade da ligação que concentra mais elétrons, o pólo negativo.
A intensidade de um dipolo elétrico que indica a intensidade das cargas parciais, é chamado de momento de dipolo o momento dipolar, sendo representado pela letra mi.
O momento dipolar resultante de uma molécula é dado pela soma vetoriais dos momentos de dipolo de todas as suas ligações.
Uma molécula é classificada como apolar quando apresenta o momento de dipolo resultante igual a zero; Nas polares momento dipolo resultante é diferente de zero sim todas as moléculas diatômicas homonucleares formada por átomos dos mesmos elementos químicos, são apolares. As constituídas por átomos de elementos diferentes são classificadas como polares. Nesse caso específico, a polaridade da ligação coincide com as das moléculas.
Geometria molecular e polaridade das moléculas
Grande parte das propriedades físicas e químicas das substâncias dependem não só das características dos elementos que a constituem, mas também da geometria de suas moléculas.
É o que ocorre por exemplo com a molécula de água cuja geometria pular.
A soma vetorial dos momentos de dipolo dessa molécula resulta em diferente de zero pois os 2 dipolos negativos e positivos se encontraram formando um ângulo de 104 5° não se cancelam.
Já a distribuição simétrica de dipolos elétricos ao redor de um átomo central resulta em zero. A classificação das moléculas como a polares é observada no dióxido de carbono, de geometria linear ponto no tetracloreto de carbono, de estrutura tetraédrica; E no trifluoreto de boro dispostos na forma trigonal planar.
Estado físico das substâncias e as forças intermoleculares
Interação dipolo dipolo
Sabe se que as moléculas polares não apresentam distribuição uniforme de cargas elétricas. Essa distribuição assimétrica é responsável pela geração de dipolos elétricos permanentes o que faz as moléculas interagirem umas com as outras por atração eletrostática entre dipolos. Em outras palavras, o pólo positivo de uma atrai o negativo da outra.
Interação dipolo-dipolo – ou interações entre dipolos permanentes são forças atrativas que ocorrem entre moléculas polares.
É esse tipo de interação que mantém Unidas as moléculas de cloreto de hidrogênio. Nesse caso o pólo positivo de uma molécula o hidrogênio atrai o negativo da outra o cloro.
Quanto maior a polaridade de uma molécula, mais intensas as interações dipolo dipolo nas substâncias devido a atração entre dipolos permanentes.
Interação íon dipolo- interações íon dipolo são aquelas que ocorre entre íons e moléculas polares, como as que se dão entre moléculas de água e cloreto de sódio.
A água é uma molécula polar, com carga parcial negativa sobre o átomo de oxigênio e carga parcial positiva sobre o átomo de hidrogênio. O cloreto de sódio, ao ser adicionado a água sofre dissociação iônica em decorrência das Fortes atrações entre íons e os dipolos permanentes presentes nas moléculas de água- as chamadas interações iam de polo.
O arranjo espacial de uma solução aquosa de cloreto de sódio pode ser representada no nível microscópico, por cátions e ânions circundados por moléculas de água com o pólo positivo da água sendo atraído pelo ânion é o negativo pelo cátion.
Disse que o íon metálico atraído pelas moléculas de água está hidratado.
Ligações de hidrogênio
As interações entre dipolos permanentes são especialmente intensas em moléculas que possuem um átomo de hidrogênio ligado à flor, oxigênio nitrogênio.
Essas interações recebem o nome de ligação de hidrogênio. Texto mais antigo utilizado a denominação pontes de hidrogênio.
Ligações de hidrogênio são interações que ocorrem entre dipolos, nos quais o pólo positivo é o hidrogênio, que se encontra ligado a flúor, oxigênio ou nitrogênio.
Um dos exemplos de ligação de hidrogênio é o fluoreto de hidrogênio, gás fluorídrico, que, no estado sólido, é constituído de cadeias em ziguezague de ácido clorídrico Unidas por meio de ligações de hidrogênio.
As ligações de hidrogênio também ocorrem entre as moléculas de água e entre moléculas de álcool etílico. Em ambos os casos o hidrogênio positivo de uma das moléculas é atraído pelo oxigénio da outra.
A alta solubilidade do álcool em água, que se dá em qualquer proporção, é explicada entre outros fatores, pelo estabelecimento de ligações de hidrogênio entre as moléculas de ambas as substâncias. Nesse caso as interações ocorrem entre moléculas de substâncias diferentes.
Ligações de hidrogênio e a tensão superficial da água.
A alta tenção superficial apresentada pela água é explicada pelas ligações de hidrogênio estabelecida entre moléculas dessa substância.
Em um líquido as forças de atração entre as moléculas de sua superfície são diferentes daquelas que atua em seu interior. Enquanto no interior dos líquidos as moléculas se atraem mutuamente com as mesmas forças, as que ocupam a superfície são atraídas para o interior pois não há moléculas the líquido acima da superfície, apenas ar, a atração entre moléculas de água é bem maior do que a interação de água com os componentes do ar.
Como consequência, os líquidos se comporta como se possuíssem uma membrana elástica em sua superfície. O fenômeno de tenção superficial explica por que as gotas são arredondadas.
No caso específico da água, atenção superficial é tão alta que permite que alguns insetos andem sobre ela.
O fenômeno explica também porque é uma lâmina de barbear feita de aço, cuja densidade é de aproximadamente 8 g por centímetro cúbico, flutua quando colocada horizontalmente sobre superfície da água.
Interações entre moléculas a polares
Tem evidências de que as moléculas de substâncias polares estão associadas por forças elétricas de baixa intensidade. Por esse motivo, é possível liquefazer gases, como o nitrogênio. Essas forças de baixa intensidade também explicam a existência de substâncias apolares líquidas entre elas o hidrocarboneto presentes na gasolina, e sólidos, como iodo.
As atrações que ocorrem entre moléculas apolares são denominadas interações dipolo induzido dipolo induzido, dipolo instantâneo dipolo induzido, forças de dispersão de London, ou, simplesmente, forças de London.
As interações de London- assim denominadas em homenagem ao físico alemão London, que as relacionou com o movimento de elétrons das moléculas- pode ser compreendida da seguinte forma: quando 2 moléculas apolares se aproximam, as atrações ou repulsões eletrônicas entre seus elétrons e núcleos podem levar a deformações momentâneas em suas nuvens de elétrons. De informações geram nas moléculas regiões com diferentes distribuições de cargas, chamadas dipolo instantâneo induzidos.
Os dipolos instantâneos podem induzir a polaridade das moléculas adjacentes, resultando em forças atrativas.
Todas as moléculas polares e apolares apresentam interações do tipo dipolo instantâneo dipolo induzido. Nas moléculas apolares, contudo, esse é o único tipo de interação molecular presente. Nossa linha a intensidade dessas forças varia muito, porém em geral é menos intensas que as anteriores e depende da superfície de contato entre as moléculas. Geralmente, quanto maior a superfície de contato entre as moléculas apolares maior a indução que uma exerce sobre a outra e maior atração entre ambas. A polarização ocorre mais facilmente no iodo que possui uma nuvem ampla e extensa de elétrons do que nos gases hidrogênio ou Hélio.
Interações dipolo dipolo induzido
As forças de London também podem ocorrer entre moléculas diferentes, uma delas polar e a outra apolar. Nesse caso o dipolo permanece de uma das moléculas polar indus um dipolo instantâneo na apolar.
Essa interação explica por exemplo a presença de oxigênio dissolvido na água. Nesse caso, pode-se imaginar que, quando a extremidade negativa da molécula de água se aproxima do oxigênio a nuvem eletrônica da molécula polar se afasta em virtude e A Carga negativa do dipolo da água. Como consequência, as moléculas de oxigénio tornam-se momentaneamente polarizadas e interagem com as de água, atraindo se mutualmente.
O oxigênio dissolvido em ambientes aquáticos.
a solubilidade do oxigênio em água é pequena cerca de 81 miligramas em 1 l a 25 °C, devido à fraca interação dipolo dipolo induzido que se estabelece entre ambas as moléculas, água, polar e oxigênio a polar.
Ainda que pequenas, a presença de oxigênio dissolvido na água é essencial para a vida de vários organismos aquáticos. Alguns o oxigênio para converter substâncias dissolvidas na água em moléculas ou íons menores e mais simples, como dióxido de carbono água, fosfato e nitrato. Nesse processo vamos oxidativos, o oxigênio é removido do sistema aquático e pode ser reposto através da interface ar e sem água. A reposição natural se dá por meio de interações dipolo dipolo induzido entre as moléculas de água da sua Ofício do Rio e o oxigênio.
As águas muito poluídas o excesso de matéria orgânica pode provocar sérias diminuição no nível de DE consequentemente a morte de peixes e outras espécies. Na valinha a quantidade de oxigênio necessária para promover a oxidação da matéria orgânica em ambientes aquáticos é denominada demanda bioquímica de oxigênio, DBO. As águas muito poluídas apresentam, em geral e elevadas concentrações de matéria orgânica e por isso DBO elevada
