3F. 2 Identifique os tipos de forças intermoleculares que podem agir entre as moléculas das seguintes substàncias:
\mathrm{CHF}_{3}.

Passo 1

O enunciado pede: identificar os tipos de forças intermoleculares que podem agir entre as moléculas de \mathrm{CHF}_3.
Informações relevantes do enunciado (o que tenho sobre a substância):
  • Fórmula molecular: \mathrm{CHF}_3.
  • Cada carbono está ligado a três flúor ( \mathrm{C\!-\!F}) e a um hidrogênio ( \mathrm{C\!-\!H}).
  • Não há outros átomos como \mathrm{O},\mathrm{N} que formem ligações \mathrm{X\!-\!H} fortemente polarizadas no interior da própria molécula.

Passo 2

Determinar a geometria molecular e se a molécula é polar (tem dipolo permanente).
A geometria do carbono em \mathrm{CHF}_3 é aproximadamente tetraédrica: quatro ligações ( \mathrm{C\!-\!F} em três vértices e \mathrm{C\!-\!H} no quarto). Cada ligação \mathrm{C\!-\!F} é muito polar (o flúor é muito eletronegativo), enquanto \mathrm{C\!-\!H} é praticamente apolar/levemente polar. Como existem três \mathrm{C\!-\!F} não simetricamente dispostos em relação ao quarto substituinte (o H), os vetores dos dipolos \mathrm{C\!-\!F} não se cancelam completamente. Portanto a molécula tem um dipolo elétrico permanente (é polar).
O que isso nos garante, qualitativamente:
  • Há um momento dipolar permanente não nulo em \mathrm{CHF}_3.
  • Conclusão: interação entre dipolos permanentes pode existir entre moléculas de \mathrm{CHF}_3.

Passo 3

Força 1: forças de London (forças de dispersão de London / forças de van der Waals induzidas).
Definição e ideia física curta:
  • Mesmo em moléculas sem dipolo permanente, as nuvens eletrônicas se movem e criam dipolos instantâneos momentâneos; esses dipolos induzem dipolos em moléculas vizinhas, causando uma atração fraca mas universal.
  • Essas forças existem entre todas as moléculas, maiores quanto maior a polarizabilidade (nº de elétrons e facilidade de deformar a nuvem eletrônica).
Aplicação a \mathrm{CHF}_3:
  • Presente obrigatoriamente entre moléculas de \mathrm{CHF}_3. Mesmo que o flúor reduz um pouco a polarizabilidade local, as forças de dispersão continuam atuando e costumam ser importantes para influenciar pontos de ebulição e solubilidade.

Passo 4

Força 2: forças dipolo–dipolo (interações de Keesom entre dipolos permanentes).
Definição e ideia física curta:
  • Ocorrem entre moléculas que têm dipolo elétrico permanente; dipolos alinhados favoravelmente atraem-se (orientação dependente de temperatura).
  • São geralmente mais fortes que dispersão em moléculas pequenas quando o dipolo permanente é significativo.
Aplicação a \mathrm{CHF}_3:
  • Como concluímos no Passo 2, \mathrm{CHF}_3 é uma molécula polar com dipolo permanente. Logo, moléculas vizinhas experimentarão atração dipolo–dipolo entre si (além das dispersões).
  • Importante na organização e propriedades físicas da substância (ex.: afeta viscosidade, ponto de ebulição relativamente ao análogo apolar).

Passo 5

Força 3: forças dipolo–induzido (interações de Debye) — menção e efeito.
Definição e ideia curta:
  • Uma molécula polar pode induzir um dipolo em uma molécula vizinha apolar ou menos polarizável, gerando uma atração adicional.
  • É uma contribuição intermediária entre dispersão e dipolo–dipolo.
Aplicação a \mathrm{CHF}_3:
  • Em amostras puras, moléculas de \mathrm{CHF}_3 podem induzir dipolos umas nas outras (mesmo que todas sejam polares, há sempre componentes induzidos). Portanto, dipolo–induzido também está presente como contribuição às interações totais.

Passo 6

Força 4: ligação de hidrogênio (avaliar se ocorre entre moléculas de \mathrm{CHF}_3).
Critério para ligação de hidrogênio:
  • É necessário ter um átomo de hidrogênio ligado diretamente a um átomo fortemente eletronegativo e com pares livres (tipicamente \mathrm{O\!-\!H}, \mathrm{N\!-\!H} ou \mathrm{F\!-\!H}) para que esse H atue como doador forte.
  • O aceitador típico é um átomo com pares não ligados (O, N, ou F) em outra molécula.
Aplicação a \mathrm{CHF}_3:
  • Embora haja átomos de flúor (possíveis aceitadores), o hidrogênio está ligado ao carbono ( \mathrm{C\!-\!H}), e um \mathrm{C\!-\!H} não é um doador de ligação de hidrogênio significativa (é muito pouco polar). Assim, entre moléculas de \mathrm{CHF}_3 não se formam ligações de hidrogênio clássicas. Pode haver interações muito fracas \mathrm{H}\cdots\mathrm{F} comparáveis a interações eletrostáticas fracas, mas não são consideradas ligações de hidrogênio fortes/típicas.

Passo 7

Resumo e resposta final — listar as forças que realmente atuam entre moléculas de \mathrm{CHF}_3 e as que não atuam.
Entre moléculas de \mathrm{CHF}_3 atuam:
  • Forças de dispersão de London (sempre presentes).
  • Interações dipolo–dipolo (porque \mathrm{CHF}_3 é polar).
  • Interações dipolo–induzido (contribuição de Debye).
Não atuam (ou são negligenciáveis como ligações de hidrogênio):
  • Ligações de hidrogênio clássicas entre moléculas de \mathrm{CHF}_3 (não há \mathrm{X\!-\!H} com X=\mathrm{O},\mathrm{N},\mathrm{F} atuando como doador).

Resposta

Forças de dispersão de London; interações dipolo–dipolo; interações dipolo–induzido. (Não há ligação de hidrogênio clássica entre moléculas de \mathrm{CHF}_3.)

Exercícios relacionados