Coloque os seguintes tipos de interações iônicas e moleculares na ordem crescente de magnitude: (a) íon-íon, (b) íon-dipolo, (c) dipolo-dipolo na fase gasosa, (d) dipolodipolo na fase sólida, (e) dipolo induzido-dipolo induzido.
Passo 1
O enunciado pede para ordenar, em ordem crescente de magnitude (ou seja, do mais fraco para o mais forte), os seguintes tipos de interações:
(a) íon-íon
(b) íon-dipolo
(c) dipolo-dipolo na fase gasosa
(d) dipolo-dipolo na fase sólida
(e) dipolo induzido — dipolo induzido (forças de London / dispersão)
(a) íon-íon
(b) íon-dipolo
(c) dipolo-dipolo na fase gasosa
(d) dipolo-dipolo na fase sólida
(e) dipolo induzido — dipolo induzido (forças de London / dispersão)
As informações relevantes dadas são somente essas cinco categorias — preciso compará-las qualitativamente e decidir qual é, em geral, a mais fraca até a mais forte.
Passo 2
Entendendo a interação íon-íon (item (a)). Vou explicar o porquê de ser geralmente a mais forte. A interação entre duas cargas puntiformes (íons) é descrita pela lei de Coulomb; a energia potencial eletrostática entre duas cargas
e
separadas por uma distância
tem a forma
Aqui
são as cargas (por exemplo
),
é a permissividade do vácuo, e
é a distância entre íons. Observe que essa energia decai com potência
— é uma queda lenta com a distância, o que significa força/eenergia grande mesmo a distâncias relativamente maiores. Por isso, íon-íon costuma ser a interação mais forte entre as listadas (especialmente quando há carga inteira envolvida).
Passo 3
Entendendo a interação íon-dipolo (item (b)). Uma carga elétrica
interage com um dipolo permanente de momento
. Para uma orientação favorável (dipolo alinhado), a energia potencial típica escala como
Aqui
é o momento dipolar (unidades de carga×distância). Repare que a dependência em
é mais rápida do que íon-íon:
. Assim, para as mesmas magnitudes e distâncias típicas, íon-dipolo é geralmente mais fraco que íon-íon, mas muito mais forte que interações que decaem mais rápido com
.
Passo 4
Entendendo dipolo-dipolo fixo (sólido) versus dipolo-dipolo na fase gasosa (itens (d) e (c)). A interação entre dois dipolos permanentes, quando orientados constantemente (não média rotacional), tem energia cuja dependência com
é aproximadamente
ou seja, escala como
. Em um sólido, as moléculas estão próximas e as orientações podem estar “congeladas” (fixas, alinhadas de certa forma), então essa forma
vale e a interação é relativamente forte (maior que as interações que decaem mais rápido).
Na fase gasosa, no entanto, as moléculas giram livremente. Ao fazer a média sobre todas as orientações térmicas (muitas orientações sucedendo-se rapidamente), a energia efetiva média entre dipolos permanentes decai muito mais rápido com a distância — o termo médio (energia de Keesom) efetivamente escala como
e depende de temperatura. Em palavras simples: a rotação reduz muito a interação efetiva entre dipolos no gás, tornando-a bem mais fraca do que no sólido.
Resumo prático:
- Dipolo-dipolo em sólido: escala como
(mais forte). - Dipolo-dipolo em gás (média rotacional): comportamento efetivo
(mais fraco).
Passo 5
Entendendo dipolo induzido — dipolo induzido (item (e), forças de London / dispersão). Essas interações surgem por flutuações instantâneas de distribuição eletrônica que induzem dipolos em átomos/moléculas vizinhas. A energia das forças de dispersão de London tem a forma típica
onde
é uma constante positiva que depende da polarizabilidade das partículas e de suas frequências de excitação. Note o grande ponto: decai muito rápido como
. Isso significa que, para distâncias moleculares típicas, são geralmente as mais fracas entre as interações listadas — embora possam ser importantes (e dominantes em substâncias apolares grandes), em termos comparativos com íons e dipolos permanentes, costumam ser as menores.
Passo 6
Comparando todas as escalas de distância/força e o efeito do estado (sólido vs gás):
- Íon-íon:
— decai lentamente → mais forte. (item (a)) - Íon-dipolo:
— forte, mas menor que íon-íon. (item (b)) - Dipolo-dipolo sólido:
— típico e relativamente forte para moléculas próximas. (item (d)) - Dipolo-dipolo gás: média rotacional leva a comportamento efetivo
e dependente de — portanto bem mais fraco em gás. (item (c)) - Dipolo induzido-dipolo induzido (London):
— decai rápido, geralmente o mais fraco entre as opções (item (e))
Com isso, em ordem crescente de magnitude (do mais fraco para o mais forte) a sequência típica é:
dipolo induzido-dipolo induzido (e) < dipolo-dipolo na fase gasosa (c) < dipolo-dipolo na fase sólida (d) < íon-dipolo (b) < íon-íon (a).
dipolo induzido-dipolo induzido (e) < dipolo-dipolo na fase gasosa (c) < dipolo-dipolo na fase sólida (d) < íon-dipolo (b) < íon-íon (a).
Um lembrete prático para prova: compare sempre as leis de dependência com a distância (
) e pense se as orientações estão livres (gás) ou fixas/mais próximas (sólido) — isso resolve a maioria dos casos rápidos.