Dois átomos de elementos diferentes se aproximam. Discuta a força de atração intermolecular que surge entre eles e como ela se relaciona com as características dos átomos.
Passo 1
O enunciado pede que discutamos a força de atração intermolecular que surge quando dois átomos de elementos diferentes se aproximam, relacionando-a com propriedades atômicas como polarizabilidade e energia de ionização. O conteúdo é a força de van der Waals (dispersão de London) e o equilíbrio entre atração e repulsão eletrônica.
Passo 2
Quando dois átomos neutros se aproximam, flutuações instantâneas na densidade eletrônica de cada um geram dipolos induzidos. Um dipolo momentâneo num átomo induz um dipolo complementar no outro, dando origem a uma força atrativa, mesmo na ausência de dipolos permanentes. Essa é a chamada força de dispersão de London.
Passo 3
A energia potencial de atração de London entre os dois átomos, em função da distância
, tem o comportamento assintótico
onde
é o coeficiente de dispersão que encapsula a capacidade de cada átomo de polarizar-se e induzir polarização no vizinho.
Passo 4
O coeficiente
depende das polarizabilidades
e
dos átomos e de suas energias de ionização
e
. Uma expressão aproximada é
Quanto maior for a polarizabilidade (ou seja, quanto mais frouxamente ligados estiverem os elétrons) e menor for a energia de ionização, maior será
e mais forte a atração de dispersion.
Passo 5
Em distâncias muito curtas, a sobreposição dos orbitais eletrônicos provoca repulsão forte, dominada pelo princípio de exclusão de Pauli. Essa parte repulsiva pode ser modelada por um termo como
com
.
Passo 6
O potencial intermolecular total fica
de onde a força é
Existe um ponto de mínimo em
(equilíbrio), que determina a distância de van der Waals entre os átomos.
Passo 7
Em resumo, a força de atração intermolecular entre os dois átomos é a força de dispersão de London. Sua intensidade cresce com a polarizabilidade (logo, com o raio atômico e com o número de elétrons) e decresce com a energia de ionização. Átomos grandes e com elétrons mais facilmente deslocáveis geram maiores coeficientes
e, portanto, atrações mais fortes.
Resposta
A atração é a força de dispersão de London, descrita por um potencial
. O coeficiente
aumenta com a polarizabilidade dos átomos (maior raio atômico e elétrons mais frouxos) e com baixas energias de ionização, o que faz a atração ser mais intensa para átomos maiores e mais polarizáveis.