3F. 2 Identifique os tipos de forças intermoleculares que podem agir entre as moléculas das seguintes substàncias:
\mathrm{N}_{2} \mathrm{H}_{4}

Passo 1

O enunciado pede: identificar os tipos de forças intermoleculares que podem agir entre as moléculas de \mathrm{N}_2\mathrm{H}_4 (hidrazina). Informação fornecida: a substância é \mathrm{N}_2\mathrm{H}_4. A tarefa é listar e explicar quais interações intermoleculares ocorrem entre suas moléculas.

Passo 2

Entender a estrutura da molécula para saber quais forças são possíveis.
  • A fórmula é \mathrm{N}_2\mathrm{H}_4. Cada átomo de nitrogênio está ligado a dois hidrogênios e ao outro nitrogênio por ligação simples: há uma ligação \mathrm{N}-\mathrm{N} e quatro ligações \mathrm{N}-\mathrm{H} no total.
  • Cada nitrogênio tem um par eletrônico não ligado (par isolado, ou lone pair). A hibridação de cada N é aproximadamente \mathrm{sp}^3, e a geometria local é de pirâmide trigonal (semiplana), não plana.
  • As ligações \mathrm{N}-\mathrm{H} são polares porque o nitrogênio é mais eletronegativo que o hidrogênio; devido à geometria assimétrica, a molécula tem momento dipolar permanente (é polar).
  • Conclusão prática: há átomos de H ligados a N (possíveis doadores de ligação de hidrogênio) e há pares isolados em N (possíveis aceitadores). Também há polaridade permanente e, como em toda molécula, possibilidade de flutuações eletrônicas instantâneas.

Passo 3

Forças de dispersão de London (forças de London, dipolo induzido-dipolo induzido).
  • Definição simples: são atrações causadas por flutuações temporárias na distribuição eletrônica que induzem dipolos instantâneos em moléculas vizinhas.
  • Propriedade: ocorrem entre todas as moléculas, polaras ou apolares. Sua intensidade cresce com a polarizabilidade (normalmente com o tamanho/masse/numero de elétrons).
  • Aplicação a \mathrm{N}_2\mathrm{H}_4: presentes sempre, então a hidrazina também apresenta forças de dispersão. Elas contribuem para a coesão além das outras forças.

Passo 4

Forças dipolo-dipolo permanentes.
  • Definição: atração entre dipolos permanentes de moléculas polares; alinhamento de polos opostos reduz energia e atrai moléculas.
  • Como identificar numa prova: verificar se a molécula tem ligações polares e se a geometria permite que os vetores de dipolo não se cancelem, resultando em um momento dipolar líquido diferente de zero.
  • Aplicação a \mathrm{N}_2\mathrm{H}_4: as ligações \mathrm{N}-\mathrm{H} são polares e a geometria da molécula é assimétrica → existe dipolo permanente, logo forças dipolo-dipolo atuam entre moléculas de hidrazina.

Passo 5

Ligações de hidrogênio (um caso particular e forte de interação dipolo-dipolo).
  • Critério prático e fácil de memorizar: para haver ligação de hidrogênio clássica, precisa de um hidrogênio ligado covalentemente a \mathrm{N}, \mathrm{O} ou \mathrm{F} (doadores) e de um átomo com par solitário de \mathrm{N}, \mathrm{O} ou \mathrm{F} em outra molécula (aceitador).
  • Aplicação a \mathrm{N}_2\mathrm{H}_4: cada nitrogênio possui um par isolado (aceitador) e há hidrogênios ligados a nitrogênio (doadores). Portanto, moléculas vizinhas podem formar ligações de hidrogênio do tipo \mathrm{N}-\mathrm{H}\cdots\mathrm{N}.
  • Consequências: essas ligações de hidrogênio aumentam ponto de ebulição, viscosidade e coesão relativa àquelas substâncias que só têm dispersão; explicam por que a hidrazina tem ponto de ebulição relativamente alto para sua massa molar.

Passo 6

Outras interações menores e hierarquia de forças.
  • Dipolo induzido (dipolo permanente induzindo dipolo em outra molécula) é uma variação e pode ocorrer, mas é geralmente de menor importância comparada às três citadas.
  • Não há interações iônicas nem metálicas entre moléculas neutras de \mathrm{N}_2\mathrm{H}_4.
  • Ordem típica de intensidade (geral, depende do sistema): ligações de hidrogênio (mais fortes entre as intermoleculares citadas) > dipolo-dipolo permanente > forças de dispersão (para moléculas pequenas a moderadas). Mesmo assim, as dispersões são sempre presentes.

Passo 7

Resumo prático para usar na prova (regra mnemônica e dica).
  • Regra para identificar rapidamente: “tem H ligado a N/O/F? → pensar em ligação de hidrogênio; é polar? → dipolo-dipolo; sempre → dispersão.”
  • Aplicando a \mathrm{N}_2\mathrm{H}_4: há \mathrm{N}-\mathrm{H} (sim) e pares isolados em N (sim) → colocar ligação de hidrogênio primeiro, depois dipolo-dipolo por ser polar, e sempre listar forças de dispersão.

Resposta

Ligações de hidrogênio do tipo \mathrm{N}-\mathrm{H}\cdots\mathrm{N}
Forças dipolo–dipolo permanentes
Forças de dispersão de London (dipolo induzido – dipolo induzido)

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