1.12 : Forças intermoleculares e propriedades físicas

As forças intermoleculares são forças de atração que existem entre as moléculas. Elas ditam várias propriedades de volume, como pontos de fusão, pontos de ebulição e solubilidades (miscibilidades) de substâncias. Por exemplo, um líquido de alto ponto de ebulição, como a água ((H₂, p.e. 100 °C), exibe forças intermoleculares mais fortes em comparação com um líquido de baixo ponto de ebulição, como o hexano (C₆H₁₄, p.e. 68,73 °C). Os três tipos de interações intermoleculares incluem I) forças íon-dipolo, II) interações dipolo-dipolo e III) forças de van der Waals, que incluem as forças de dispersão de London.

1. Forças íon-dipolo

As forças íon-dipolo são as atrações eletrostáticas entre um íon e um dipolo. São comuns em soluções e desempenham um papel importante na dissolução de compostos iônicos, como o KCl, em água. A força das interações íon-dipolo é diretamente proporcional I) à carga do íon e II) à magnitude do dipolo das moléculas polares.

2. Interações dipolo-dipolo

As moléculas polares têm uma carga parcial positiva em uma extremidade e uma carga parcial negativa na outra extremidade, ou seja, uma separação de carga chamada dipolo. A força atrativa entre dois dipolos permanentes é chamada de atração dipolo-dipolo, ou seja, a força eletrostática entre a extremidade parcialmente positiva de uma molécula polar e a extremidade parcialmente negativa de outra. A ligação de hidrogênio é um tipo de interação dipolo-dipolo entre moléculas com hidrogênio, ligadas a um átomo altamente eletronegativo, como O, N ou F. O átomo de H parcialmente carregado positivamente resultante em uma molécula (o doador de ligação de hidrogênio) poderia interagir fortemente com um par solitário de elétrons de um átomo de O, N ou F parcialmente carregado negativamente em moléculas adjacentes (o aceitador de ligação de hidrogênio). A ligação de hidrogênio aumenta consideravelmente o ponto de ebulição.

3. Força de van der Waals e de dispersão de London

A mais fraca de todas as forças são as forças de van der Waals, que dependem das distâncias intermoleculares entre átomos e moléculas. As forças de dispersão de London, um subconjunto das forças de van der Waals, são experimentadas como resultado de interações entre átomos/moléculas não carregados devido a mudanças espontâneas e temporárias na distribuição de elétrons. A intensidade dessas forças parece aumentar com o aumento do peso molecular devido ao aumento da área superficial. Como resultado, compostos de pesos moleculares mais elevados geralmente entrarão em ebulição a temperaturas mais elevadas. É digno de nota que um hidrocarboneto ramificado (neopentano) normalmente tem uma área superficial menor do que seu respectivo isômero de cadeia linear (n-pentano) e, portanto, um ponto de ebulição mais baixo.

4. Solubilidade de compostos orgânicos em água

Os líquidos que podem ser misturados homogeneamente em qualquer proporção são considerados miscíveis. Líquidos miscíveis têm polaridades semelhantes. Por exemplo, o metanol e a água são polares e capazes de formar ligações de hidrogênio. Na mistura, o metanol e a água interagem através de ligações de hidrogênio intermoleculares de força comparável às interações metanol-metanol e água-água; portanto, eles são miscíveis. Da mesma forma, líquidos apolares como o hexano e o bromo são miscíveis entre si através de forças de dispersão. O axioma químico “semelhante dissolve semelhante” é útil para prever a miscibilidade de compostos. Dois líquidos que não se misturam de forma apreciável são chamados de imiscíveis. Por exemplo, o hexano apolar é imiscível em água polar. Forças de atração relativamente fracas entre o hexano e a água não superam adequadamente as forças de ligação de hidrogênio mais fortes entre as moléculas de água.

Este texto foi adaptado do Openstax, Chemistry 2e, Section 10.1: Intermolecular Forces, Section 11.3: Solubility, and Chapter 10: Liquids and Solids.