Aula polaridade, geometria molecular e forças intermoleculares

Aula sobre polaridade, geometria molecular e forças intermoleculares

1. Disciplina: Química
Profª: Alda Ernestina
25/06/2015
1
Pré-Vestibular Samora Machel
Universidade Federal do Rio de Janeiro
Polaridade, geometria molecular e
ligações intermoleculares

2. Geometria molecular
Teoria da repulsão dos pares de elétrons da camada de valência “Ao redor do átomo central, os pares eletrônicos ligantes e os não ligantes
se repelem entre si e se afastam ao máximo uns dos outros”
Retrata o arranjo tridimensional dos átomos em uma molécula,ou seja, a
forma da molécula
.. ..
HOH
H
O
H
.. ..
180°
104.5 °
Na molécula de água os pares de elétrons não ligantes do oxigênio se repelem,
diminuindo o ângulo da ligação de 180° para 104.5 °
A geometria molecular então depende de dois fatores, a quantidade de átomos ligados ao átomo
central e a presença de pares eletrônicos não ligantes

3. Moléculas com 2 átomos
A geometria de uma molécula com apenas 2 átomos
serásempre
LINEAR
F
HH
Cl
O O
Na geometria linear o ângulo de ligação é de 180°

4. Moléculas com 3 átomos
A geometria de uma molécula com 3 átomos pode ser:
Na geometria angular o ângulo de ligação é de 116.8°quando há um par não ligante e
de 104.5 ° quando há 2 pares
LINEAR –
se o átomo central
NÃO
apresentar par de elétrons não ligantes
O CO
H
C N
BeH
2
CO
2
HCN
ANGULAR –
se o átomo central apresentar um ou mais pares de elétrons
não ligantes
O
HH
S
O O
O
O O
H
2
O
SO
2
O
3
....
..
..

5. Mol
é
culas com 4
á
tomos
A geometria de uma molécula com 4 átomos pode ser:
TRIGONAL PLANA –
se o átomo central
NÃO
apresentar par de
elétrons não ligantes
TRIGONAL PIRAMIDAL –
se o átomo central apresentar par (es) de
elétrons não ligantes
..
.. ..
B H
H
H
S
O
O O
F
F
F
B
BH
3
SO
3
BF
3
N H
H
H
P
Cl
Cl
Cl
NH
3
PCl
3
120°
Ângulo de 107°

6. Mol
é
culas com 5
á
tomos
Uma molécula com 5 átomos apresenta geometria
TETRAÉDRICA
formando um ângulo de ligação de 109.5°
CH
4
H
H
H
H
C
CCl
4
Cl
Cl
Cl
Cl
C
109.5°C
Compostos orgânicos que apresentam somente ligações simples apresentam
geometria tetraérica

7. Mol
é
culas com 6 ou 7
á
tomos
Uma molécula com
6
átomos apresenta geometria
BIPIRÂMIDE
TRIGONAL
Uma molécula com
7
átomos apresenta geometria
OCTAÉDRICA
PCl
5
SF
6

8. Vamos praticar?

11. Eletronegatividade e ligações químicas
Eletronegatividade
– é a capacidade que um átomo tem de atrair para si
os elétrons que ele compartilha com outro átomo em uma ligação covalente
Quanto maior a eletronegatividade maior a força com que o átomo “puxa”
para si os elétrons compartilhados

12. Polarização das ligações
A polaridade de uma ligação é expressa pela diferença de eletronegatividade
(∆) entre os átomos ligados e de acordo com seu valor podemos classificar
as ligações em:
O acúmulo de cargas elétricas em determinada região é denominado
pólo
e
pode ser de dois tipos
maior concentração de elétrons menor concentração de elétrons
∆= 0∆= 0,1 até 1,7∆> 1,7
Toda ligação iônica é
polar
, pois produz íons

13. Ligação covalente APOLAR
Apresenta momento dipolar igual a zero (µ= 0), ocorre quando dois átomos
iguais se ligam
∆
= 2,1 – 2,1 = 0
∆
= 3,5 – 3,5 = 0
∆
= 4,0 – 4,0 = 0
∆
= 3,0 – 3,0 = 0
F
2
H
2
O
2
H H
Cl Cl
Cl
2
O O
F F
Como os átomos que se ligam são iguais a eletronegatividade é a mesma e nenhum
“puxa” mais os elétrons do que o outro

14. Ligação covalente POLAR
Apresenta momento dipolar diferente de zero (µ ≠0), ocorre quando dois
átomos diferentes se ligam
H Cl
∆
= 3,0 – 2,1 = 0,9
H Cl
+δ-δ
H F
∆
= 4,0 – 2,1 = 1,9
H F
+δ-δ
C O
∆
= 3,5 – 2,5 = 1,0
C O
+δ-δ
Neste caso o átomo mais eletronegativo sempre “puxa” mais os elétrons do que o
outro e o momento dipolar (µ) é orientado no sentido do átomo menos
eletronegativo para o mais eletronegativo
µ µµ

15. Vamos praticar?
Eletronegatividade: H = 2.1; Cl = 3.0

16. Eletronegatividade: S= 2.5; H = 2.1; C = 2.5; Na = 0.9

17. Polaridade das moléculas
As moléculas também apresentam polaridade, que depende do tipo de
ligação química (polar ou apolar) e da geometria molecular
Uma molécula polar apresenta pólos, devido à distribuição desigual dos elétrons
nas ligações que as compõe e sob a ação de um campo elétrico se orientam. O
mesmo não ocorrem com as moléculas apolares

18. Moléculas Apolares
Apresentam momento dipolar resultante igual a zero ( )
Uma molécula será apolar quando:
1) Todas as ligações que a compõe forem apolares
2) A soma total dos momentos dipolares for igual a zero
Ligação apolar
H
2
Molécula apolar
Ligação apolar
Cl
2
Molécula apolar
Ligação apolar
O
2
Molécula apolar
H H
Cl Cl
O O
CO
2
, BeH
2
e BF
3
apesar de apresentarem
ligações polares são moléculas apolares
devido a geometria molecular, pois em ambos
os casos os vetores se anulam

19. Moléculas Polares
Apresentam momento dipolar resultante diferente de zero ( )
Molécula de HF é polar
Molécula de CHCl
3
é polar
N
H
H
H
H F
O
HH
C
H
ClCl
Cl
µ= 1.91 D
µ= 1.84 D
Molécula de H
2
O é polar
Molécula de NH
3
é polar
µ= 1.48 D
E a molécula de metano (CH
4
) é polar?
.. ..
..

20. Vamos praticar?

21. Eletronegatividade: Si = 1.8; O = 3.5; C = 2.5; Cl = 3.0; P = 2.1; H = 2.1; Be = 1.6

22. Forças intermoleculares (
ligações intermoleculares
)
Forças que mantém as moléculas unidas em um composto covalente
Determinam as mudanças de estados físicos
São de 3 tipos: forças de London; dipolo-dipolo permanente e ligações de
hidrogênio
O éter evapora mais rapidamente do que a água, pois a força intermolecular
que mantém suas moléculas unidas é mais fraca Então dizemos que o éter é mais volátil (evapora mais rapidamente) que a água

23. Forças de London
(dipolo instantâneo – dipolo induzido )
Esse tipo de força intermolecular ocorre entre moléculas
apolares
Uma molécula mesmo sendo apolar, devido ao movimento dos elétrons pode
momentaneamente ficar polarizada e por indução elétrica provocar a polarização de
uma molécula vizinha
Molécula
apolar
Molécula
apolar
dipolo instantâneo dipolo instantâneo
Surge então uma atração elétrica muito fraca que mantém as moléculas unidas
Por serem forças muito fracas, as moléculas unidas por este tipo de força
apresentam baixos pontos de ebulição (são voláteis) e constituem geralmente
substâncias gasosas
H
2
, O
2
, N
2
, CO
2
, CH
4
, Cl
2
, He, Ne, Ar
As forças de London são as forças intermoleculares
mais fracas
que existem e são
tamb
é
m conhecidas por for
ç
as de
VAN DER WALLS

24. Forças Dipolo –Dipolo (dipolo permanente)
Esse tipo de força intermolecular ocorre entre moléculas
polares
O pólo negativo de uma molécula atrai o pólo positivo da molécula vizinha,
de forma que a molécula apresenta um dipolo permanente
Esse tipo de força intermolecular ocorre em substâncias polares como:
HCl, HBr, H
2
S, CO, CHCl
3
, SO
3
As forças dipolo-dipolo permanente são cerca de 10 vezes mais fortes que as
forças de London e por isso provocam pontos de ebulição mais elevados
HCl
P ebulição = 50.5 °C
H
2
P ebulição = - 252.8 °C
Forças dipolo-dipolo permanenteForças de London

25. Ligações por pontes de hidrogênio
Tipo especial de ligação dipolo-dipolo permanente que ocorre em entre
moléculas que apresentam átomo de hidrogênio ligados á átomos muito
eletronegativos como:
FLÚOR
,
OXIGÊNIO
ou
NITROGÊNIO
(FON)
É o tipo de força intermolecular
mais forte
que há e ocorre em substâncias
polares como:
HF
NH
3
H
2
O

26. Vamos praticar?

27. Vamos praticar?

28. Ligações por pontes de hidrogênio e os cabelos
Os fios de cabelos são formados por proteínas, principalmente
queratina
O formato do cabelo depende das forças intermoleculares que atuam na
queratina, que são de dois tipos:
pontes de hidrogênio
e
pontes de enxofre
A alta temperatura do secador ou da chapinha é
suficiente para romper essas ligações, tornando
o cabelo liso e pronto para ser moldado
Princípio de funcionamento dos alisantes
Os alisantes são formulados com ácidos ou
bases capazes de romper as ligações de enxofre
do cabelo, permitindo moldá-lo

29. Forças intermoleculares e ponto de ebulição
Para que uma substância entre em ebulição é necessário que as forças
intermoleculares sejam rompidas.
Dois fatores interferem no ponto de ebulição das substâncias covalentes:
1) Tipo de força intermolecular –
quanto mais forte for a interação, maior
será o ponto de ebulição da substância
HCl
H
2Aumento do ponto de ebulição
H
2
H
2
H
2
O
Peb = -258,8 °C
Peb = 50,5 °C
Peb = 100 °C

30. Forças intermoleculares e ponto de ebulição
2)Tamanho da molécula –
em moléculas com o mesmo tipo de interação
quanto maior a molécula, maior será o ponto de ebulição
CH
4
CH
3
CH
3
CH
3
CH
2
CH
3
CH
3
CH
2
CH
2
CH
3
CH
3
CH
2
CH
2
CH
2
CH
3
CH
3
CH
2
CH
2
CH
2
CH
2
CH
3
Forças de London
Temperatura de ebulição
CH
3
OH
CH
3
CH
2
OH
CH
3
CH
2
CH
2
OH
CH
3
CH
2
CH
2
CH
2
OH
CH
3
CH
2
CH
2
CH
2
CH
2
OH
CH
3
CH
2
CH
2
CH
2
CH
2
CH
2
OH
Ponte de hidrogênio
O ponto de ebulição aumenta com o aumento do tamanho da cadeia

31. Vamos praticar?

34. Forças intermoleculares e solubilidade
O tipo de força intermolecular também influencia na solubilidade das
substâncias covalentes, que
geralmente
obedece à regra do “semelhante
dissolve semelhante”
H
2
O e etanol se misturam pois
o etanol é capaz de fazer ligações de
hidrogênio com as moléculas de água
H
2
O e óleo não se misturam pois o óleo
(forças de London) não é capaz de fazer
ligações de hidrogênio com a água

35. Mas por que o etanol que épolar se mistura com gasolina?
O etanol apesar de ser polar é solúvel tanto em água (polar), quanto em
gasolina (apolar) pois contém grupos apolares e polares
CH
3
CH
2
OH
Parte apolar
(Solúvel em gasolina)
Parte polar
(Solúvel em água)
Quanto maior a cadeia carbônica menos solúvel em água
Etanol – solúvel tanto em água quanto em gasolina
CH
2
CH
2
CH
2
CH
3
OH
Parte apolar
(Solúvel em gasolina)
Parte polar
(Solúvel em água)
Como a parte apolar é bem maior que
a polar, o butanol é insolúvel em água

36. São vitaminas insolúveis em água pois apresentam grande cadeia carbônica e poucos
grupos polares capazes de fazer ligações de hidrogênio com a água
Vitaminas Lipossolúveis
OH
CH
3CH
3
CH
3
CH
3
CH
3
CH
3
CH
3
CH
3
CH
2
OH
CH
3
O
OH
CH
3
CH
3
CH
3
CH
3
CH
3
CH
3
CH
3
CH
3
Vitamina A
Vitamina E
Vitamina D
As vitaminas A, D e E são apolares e por isso lipossolúveis (solúveis em gorduras)

37. Vitaminas Hidrossolúveis
N
N
N
+
S
OH
CH
3
NH
2
CH
3
NN
N
H
N
OH
CH
3
CH
3
O
O
OH
OHOH
O
O
OH
OH
OHOH
São vitaminas solúveis em água pois apresentam muitos
grupos polares
capazes de fazer ligação hidrogênio com as moléculas de água
Vitamina B1
Vitamina B2
Vitamina C
As vitaminas B1, B2 e C são polares e por isso hidrossolúveis (solúveis em água)

38. Vitaminas Hidrossolúveis
N
N
N
+
S
OH
CH
3
NH
2
CH
3
NN
N
H
N
OH
CH
3
CH
3
O
O
OH
OHOH
O
O
OH
OH
OHOH
São vitaminas solúveis em água pois apresentam muitos
grupos polares
capazes de fazer ligação hidrogênio com as moléculas de água
Vitamina B1
Vitamina B2
Vitamina C
As vitaminas B1, B2 e C são polares e por isso hidrossolúveis (solúveis em água)

39. Como funcionam os sabões
Os sabões são produzidos a partir da reação entre óleos graxos (gorduras) ou
óleos vegetais e uma base forte (NaOH) e por esse motivo apresenta duas
partes, uma lipofílica (solúvel em gordura) e outra hidrofílica (solúvel em
água)

40. Solubilidade dos gases em água
A maioria dos gases têm suas moléculas unidas por forças de London e por
este motivo apresentam baixa solubilidade em água, pois interagem
fracamente com as moléculas de água
Nos refrigerantes o CO
2
é solúvel pois
está a alta pressão dentro da garrafa
Mas então como são feitos os refrigerantes?

41. Vamos praticar?