3F. 2 Identifique os tipos de forças intermoleculares que podem agir entre as moléculas das seguintes substàncias:
;
Passo 1
O enunciado pede: identificar os tipos de forças intermoleculares que podem agir entre as moléculas de
.
Informação dada: a substância é a molécula com fórmula (hidrazina).
Informação dada: a substância é a molécula com fórmula
Passo 2
Vou listar brevemente quais são as forças intermoleculares possíveis em geral (para sabermos o conjunto de candidatos):
- forças de dispersão de London (forças induzidas por flutuações eletrônicas), sempre presentes entre quaisquer moléculas;
- forças dipolo–dipolo permanentes, entre moléculas polares com dipolos permanentes;
- ligação de hidrogênio (um caso especial e relativamente forte de dipolo–dipolo), que ocorre quando há
ligado a , ou e um par eletrônico livre aceitador; - dipolo induzido (dipolo–induzido), quando uma molécula polar induz um dipolo em uma apolar (variantes fracas de interação).
Passo 3
Agora vou analisar a estrutura eletrônica e geométrica da molécula
para decidir quais dessas forças realmente ocorrem.
- A fórmula estrutural simples é
: dois átomos de nitrogênio ligados entre si, cada nitrogênio ligado a dois hidrogênios e possuindo um par eletrônico não ligante (lone pair). - Cada nitrogênio é aproximadamente híbrido
(geometria piramidal, parecido com ), portanto cada N tem um par eletrônico livre projetando assimetria. - As ligações
são polares porque o nitrogênio é mais eletronegativo que o hidrogênio; isso cria dipolos e, devido à geometria não simétrica global, a molécula tem um dipolo permanente (ou seja, é polar). - Além disso, há hidrogênios ligados a nitrogênio e pares livres nos nitrogênios de moléculas vizinhas, condição necessária para formação de ligações de hidrogênio intermoleculares.
Passo 4
Conseqüência: forças que definitivamente atuam em
- forças de dispersão de London: presentes sempre — explicação curta: elétrons em movimento geram flutuações temporárias de carga que induzem dipolos em moléculas vizinhas; essas flutuações atraem as moléculas entre si. Mesmo moléculas pequenas têm essa interação, que cresce com o tamanho/ polarizabilidade.
- dipolo–dipolo permanentes: presentes porque
é uma molécula polar. Explicação didática: quando duas moléculas polares se aproximam, a extremidade parcialmente positiva de uma (por exemplo, próxima ao H ligado a N) é atraída pela extremidade parcialmente negativa da outra (próxima ao N com lone pair), gerando interação orientada e energética favorável. - ligação de hidrogênio intermolecular: presente porque há o par de condições: hidrogênio ligado a nitrogênio (H parcialmente positivo) e nitrogênio com par eletrônico livre (par parcialmente negativo) em outra molécula. Isso permite que um átomo H de uma molécula forme uma interação direcional relativamente forte com o lone pair de N de outra molécula. A ligação de hidrogênio é mais forte que dipolo–dipolo comum e aumenta ponto de ebulição e viscosidade da substância.
Passo 5
Observações adicionais e hierarquia qualitativa das forças em
- A ordem típica de intensidade (aproximada) entre essas contribuições é: ligação de hidrogênio (mais forte) > dipolo–dipolo > dispersão de London (para moléculas pequenas). Porém, para moléculas maiores e muito polarizáveis, London pode ser relevante ou até dominante. No caso de hidrazina, a ligação de hidrogênio é importante e explica, por exemplo, por que seu ponto de ebulição é relativamente alto para uma molécula de massa molar baixa.
- interações dipolo–induzido também podem ocorrer, mas são efeitos secundários (já cobertos conceptualmente nas forças de London/indução).
Passo 6
Recapitulando de forma prática (como responder resumidamente numa prova): identifique na molécula se há
ligado a
(sim: há
) e se há pares livres (sim: vários pares livres em cada N). Então marque ligação de hidrogênio; como a molécula é polar, marque dipolo–dipolo; e sempre marque London.
Resposta
Forças de dispersão de London (forças de London).
Forças dipolo–dipolo permanentes.
Ligações de hidrogênio intermoleculares (H ligado a N interagindo com lone pair em N).
Forças dipolo–dipolo permanentes.
Ligações de hidrogênio intermoleculares (H ligado a N interagindo com lone pair em N).