As propriedades físicas de líquidos e sólidos moleculares estão relacionadas às forças intermoleculares. Descreva as forças intermoleculares que devem ser rompidas para se converter cada um dos itens seguintes de um líquido para um gás:
Passo 1
O que o enunciado pede: descrever quais forças intermoleculares precisam ser rompidas para converter o composto dado de líquido para gás.
Informação fornecida: o composto é (bromo molecular, estado inicial líquido → vapor).
Informação fornecida: o composto é
Passo 2
O que significa “romper forças intermoleculares” ao evaporar um líquido.
Quando um líquido passa para o gás não se quebram ligações covalentes dentro das moléculas (ligações intramoleculares); o que precisa ser vencido é a atração entre as moléculas vizinhas (forças intermoleculares). Essas forças mantêm as moléculas próximas no líquido; para formar o vapor é preciso fornecer energia suficiente para que a energia cinética média supere a energia potencial de atração entre as moléculas. Em termos termoquímicos isso aparece na entalpia de vaporização .
Quando um líquido passa para o gás não se quebram ligações covalentes dentro das moléculas (ligações intramoleculares); o que precisa ser vencido é a atração entre as moléculas vizinhas (forças intermoleculares). Essas forças mantêm as moléculas próximas no líquido; para formar o vapor é preciso fornecer energia suficiente para que a energia cinética média supere a energia potencial de atração entre as moléculas. Em termos termoquímicos isso aparece na entalpia de vaporização
Passo 3
Identificação da natureza molecular de
.
-
é uma molécula diatômica homonuclear e, portanto, eletricamente apolar (não tem dipolo permanente). - Cada molécula de
tem uma nuvem eletrônica relativamente grande (átomos pesados, muitos elétrons), o que a torna facilmente deformável — isto é, possui alta polarizabilidade .
Passo 4
Explicação didática das forças intermoleculares relevantes.
- Forças de dispersão (forças de London): surgem quando flutuações instantâneas na distribuição eletrônica de uma molécula criam um dipolo instantâneo que induz um dipolo numa molécula vizinha; a interação resultante é atrativa. Essas forças existem entre todas as moléculas, mas dominam quando as moléculas são apolares. Em nível qualitativo a energia de interação de van der Waals por dispersão escala aproximadamente como
onde
é a distância intermolecular e
depende das polarizabilidades e energias de excitação das moléculas. Quanto maior a polarizabilidade
, maior
e mais forte a atração.
- Outras forças que poderiam existir em líquidos (mas que não se aplicam aqui): dipolo-dipolo (exigem dipolo permanente) e ligações de hidrogénio (exigem H ligado a F, O ou N). Essas não são relevantes para
porque a molécula é apolar e não tem H ligado a átomos muito eletronegativos.
Passo 5
Aplicação específica a
— quais forças são rompidas ao vaporizar.
- Em
o tipo dominante de atração intermolecular que mantém as moléculas no líquido são as forças de dispersão de London (forças de van der Waals induzidas). - Não há necessidade de romper dipolo-dipolo (ausente) nem ligações de hidrogénio (ausente).
- A ligação covalente
dentro da molécula NÃO é rompida durante a vaporização — isso exigiria uma reação química, não apenas mudança de fase.
Passo 6
Interpretação física e consequência prática (motivação para a resposta).
- Como
possui átomos pesados e alta polarizabilidade, suas forças de dispersão são relativamente fortes, o que explica que o bromo seja líquido perto da temperatura ambiente e tenha um ponto de ebulição relativamente alto para uma molécula diatômica simples (ponto de ebulição ). Para evaporar, é preciso fornecer energia suficiente para vencer essas forças de dispersão, medida pela .
Resposta
Para
: forças de dispersão de London (dipolo instantâneo-induzido dipolo), ou seja, forças de van der Waals por dispersão; não há dipolo permanente nem ligações de hidrogênio a serem rompidas. A ligação covalente
não é rompida.