- a) Explique o que são as interações dipolo-dipolo e de dispersão (ou dipolo induzidodipolo induzido). b) Dê um exemplo de substância cujo comportamento é regido por cada uma destas interações.
Passo 1
O enunciado pede duas coisas:
- (a) Explicar o que são as interações dipolo‑dipolo e as interações de dispersão (também chamadas de dipolo induzido — dipolo induzido).
- (b) Dar um exemplo de substância cujo comportamento seja regido por cada uma dessas interações.
Informações relevantes que temos e vou usar:
- Existem moléculas com dipolo permanente (são polares) e moléculas sem dipolo permanente (apolares).
- Toda molécula/átomo tem uma certa facilidade de ter sua nuvem eletrônica deslocada: isso é a polarizabilidade, denotada por
. - Forças intermoleculares típicas que discutiremos: interação entre dipolos permanentes (orientacional/Keesom), interação dipolo permanente — dipolo induzido (Debye) e interação de dispersão (London). Em média, as energias eficazes costumam decair com a distância aproximadamente como
(mas com diferenças físicas importantes entre elas).
Passo 2
O que é interação dipolo‑dipolo (explicação didática, passo a passo).
- Conceito básico — o que é um dipolo permanente:
- Uma molécula é polar quando há uma separação permanente de carga elétrica positiva e negativa dentro dela; isso é descrito por um momento dipolar elétrico
. Exemplos simples: moléculas em que átomos com eletronegatividades diferentes ficam ligados de modo que não se anulam (por exemplo, H–Cl).
- Como surge a força:
- Um dipolo permanente cria, no espaço, um campo elétrico que exerce força sobre um segundo dipolo permanente. Dependendo da orientação relativa, esses dipolos se atraem ou se repelem.
- Natureza média e temperatura:
- Em um líquido ou gás, as moléculas giram e mudam de orientação. O cálculo médio da interação orientacional entre dipolos dá uma energia efetiva que, em média, decai com a distância como
e depende inversamente da temperatura (porque o movimento térmico tende a “desordenar” as orientações). Em termos qualitativos: onde são os momentos dipolares e é a constante de Boltzmann.
- Como reconhecer quando domina:
- Aparece em substâncias formadas por moléculas com dipolo permanente razoável e sem ligação de hidrogênio forte (se houver hidrogênio ligado a N, O ou F, a energia de ligação de hidrogênio pode dominar).
- Exemplo tipo (vou guardar a resposta curta pro final): moléculas polares como HCl, HCN, SO2 apresentam comportamento influenciado por dipolo‑dipolo (além de outros efeitos).
Passo 3
O que são interações de dispersão (dipolo induzido — dipolo induzido / forças de London) — explicação didática e passo a passo.
- Ideia intuitiva:
- Mesmo em átomos ou moléculas neutras e apolares, a nuvem eletrônica flutua instantaneamente; em um dado instante surge um dipolo temporário. Esse dipolo temporário cria um campo elétrico que induz um dipolo na vizinhança. A interação entre o dipolo instantâneo e o dipolo induzido gera uma atração.
- Conceitos chave:
- Polarizabilidade
: medida de quanto a nuvem eletrônica se deforma facilmente. Átomos/moléculas grandes e com elétrons mais externamente ligados têm maior. - Essas forças existem entre todas as partículas neutras (átomos, moléculas polares ou apolares). São, portanto, universais.
- Dependência com distância e fatores que aumentam a força:
- A energia de dispersão pode ser escrita em forma simplificada como
onde depende de polarizabilidades e energias de excitação/ionização das espécies. Não depende diretamente da temperatura (ao contrário do termo orientacional médio dos dipolos permanentes). - Aumenta fortemente com tamanho/masse eletrônica: átomos maiores (I, Br) e moléculas maiores/mais alongadas têm dispersão muito mais forte que átomos pequenos (H, He).
- Como reconhecer quando domina:
- Em gases nobres (He, Ne, Ar) e em moléculas apolares (N2, O2, CH4, halogênios diatômicos) a dispersão é a interação principal.
- Exemplos práticos que ajudam a visualizar:
- Comparação de pontos de ebulição dos halogênios:
bem baixo, maior, líquido e sólido a temperatura ambiente — isso se deve ao aumento da dispersão com o aumento da polarizabilidade.
Passo 4
Diferenças e semelhanças importantes (pra você decorar e usar na prova)
- Semelhança: em forma média muitas contribuições pairwise efetivas caem como
, então ambas têm decadência rápida com distância. - Diferenças práticas:
- Dipolo‑dipolo requer dipolos permanentes; é sensível à orientação e ao calor (dependência com
na média). - Dispersão existe sempre; sua intensidade depende da polarizabilidade
e das energias eletrônicas (maior em átomos/moléculas maiores). - Em moléculas pequenas e apolares, dispersão domina. Em moléculas polares, ambos aparecem; se houver ligações O–H, N–H ou F–H, o hidrogênio ligante (ponte de hidrogênio) geralmente domina sobre o dipolo‑dipolo simples.
- Dipolo‑dipolo requer dipolos permanentes; é sensível à orientação e ao calor (dependência com
- Efeito nas propriedades macroscópicas:
- Dispersão explica porque gases nobres podem ser liquefeitos (Ar, Kr) e por que cadeias orgânicas longas têm pontos de fusão/ebulição altos mesmo sendo apolares.
- Dipolo‑dipolo explica, por exemplo, porque dois líquidos com massas molares parecidas podem ter pontos de ebulição bem diferentes se um for polar e o outro apolar.
Passo 5
Exemplos didáticos e rápidos (como justificar numa prova)
- Para dipolo‑dipolo: escolher uma molécula claramente polar e sem dominar a ligação de hidrogênio. Exemplo simples e claro:
. Justificativa curta para a prova: é uma molécula linear com momento dipolar permanente ; as atrações entre moléculas de incluem interação dipolo‑dipolo orientacional (além de dispersão). - Para dispersão (dipolo induzido–dipolo induzido): escolher uma substância apolar ou um gás nobre. Exemplo simples e claro: árgon (
) ou metano ( ). Justificativa curta: é atômico e apolar; as únicas forças intermoleculares relevantes são de dispersão (forças de London).
Passo 6
Dicas rápidas para a prova (como decidir na hora)
- Pergunte-se: a molécula tem um dipolo permanente (olhe geometria + diferença de eletronegatividade)? Se sim → dipolo‑dipolo pode importar.
- Há H ligado a O, N, F? Se sim → considere ponte de hidrogênio (mais forte).
- A molécula/átomo é grande e apolar? Então dispersão domina.
- Se a substância for um gás nobre → dispersão é a resposta certa.
- Se pedirem “dê um exemplo de substância regida por …”, escolha um exemplo simples e justifique em uma linha (por ex.: “
— dipolo permanente dipolo‑dipolo”; “ — átomo apolar dispersão”).
Resposta
a) Interação dipolo‑dipolo: atração entre moléculas que têm dipolos permanentes; a energia média depende das orientações relativas e decai com a distância aproximadamente como
com forte dependência com a temperatura (termo orientacional). Interação de dispersão (dipolo induzido–dipolo induzido): atração causada por dipolos instantâneos que induzem dipolos em vizinhos; existe em todas as moléculas e átomos e tem energia efetiva
, sendo muito sensível à polarizabilidade
(maior em átomos/moléculas grandes).
b) Exemplo — dipolo‑dipolo: . Exemplo — dispersão:
(gás nobre).
b) Exemplo — dipolo‑dipolo: