As interações intermoleculares definem os contatos físico-químicos que ocorrem entre as moléculas, e ditam a forma como as substâncias se unem ou se repelem entre si. Com isso conferem propriedades específicas para cada tipo de material, o que permite um amplo uso dos conteúdos químicos em diferentes contextos do cotidiano.
As forças e interações intermoleculares são parte importante da explicação para os comportamentos da água, uma das moléculas mais abundantes no planeta Terra e que é essencial para o desenvolvimento e perpetuação da vida humana e de toda a natureza.
Dada a relevância do tema, estudá-lo é interessante do ponto de vista do conhecimento científico, para entender melhor o funcionamento do universo, como também para aplicar essas informações em questões de vestibulares.
E, para te ajudar com isso, o Estratégia Vestibulares preparou este artigo com os principais tópicos e definições acerca das forças intermoleculares e, ao final, confira um exercício de vestibular resolvido e comentado sobre a temática.
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Físico-química: forças intermoleculares
As moléculas químicas possuem propriedades elétricas, afinal, são compostas por átomos e elementos com atividade elétrica, cargas positivas e negativas. À medida que esses elementos interagem entre si, cada substância apresentará uma característica físico-química, com atividade elétrica. Então, quando uma molécula está em contato com outra, elas apresentam uma interação de natureza física e química e, para essa relação dá-se o nome de forças intermoleculares.
A forma como uma molécula se relaciona com a outra no meio determina as propriedades da substância, como ponto de ebulição, ponto de fusão e até mesmo a capacidade de solubilidade entre compostos diferentes.
Características das forças intermoleculares
O primeiro ponto a ser destacado é que, o estudo das forças intermoleculares refere-se ao processo de atração ou repulsão entre moléculas, que podem ser iguais (por exemplo, várias moléculas de água em um copo) ou diferentes (mistura de moléculas de água e açúcar em um recipiente).
Observe, então, que trata-se de uma característica de cunho físico, de maneira que as moléculas não sofrerão alteração na estrutura química, ou seja, não ocorre reação química, não ocorre formação de produtos. No exemplo da água e açúcar, por exemplo, o açúcar não perde átomos ou elétrons quando é dissolvido em água e nem a água muda sua conformação.
Outro ponto importante é observar que a nomenclatura “força” faz referência a vetores elétricos que possuirão capacidade de aproximar ou afastar duas moléculas. À medida que essa força atua sobre o composto, ocorre o que é denominado “interação intermolecular”, que é o resultado efetivo da ação dessas forças.
As forças intermoleculares possuem natureza elétrica e, em geral, há sempre uma tendência da aproximação entre estruturas de cargas diferentes, e repulsão entre moléculas de cargas iguais. Ainda, a força será proporcionalmente mais intensa quanto mais próximas estiverem as moléculas.
Fato é que, quanto maior for a intensidade da força intermolecular, mais difícil é fazer a separação entre as moléculas. Assim, quanto maior essa força, maior será o ponto de ebulição da molécula e, de maneira oposta, se a união intermolecular for pouco intensa, o composto torna-se mais volátil.
Força intermolecular X força intramolecular
Ao estudar química, é possível se deparar também com o termo “força intramolecular”. Nesse caso, o foco principal é compreender a interação que ocorre dentro das moléculas, como os átomos se unem entre si para formar cada composto químico. Basicamente, força intramolecular estuda as ligações químicas, enquanto que forças intermoleculares estudam a relação entre moléculas já formadas.
Tipos de interações intermoleculares
Ligação de Hidrogênio
A ligação de Hidrogênio é o tipo de força e interação intermolecular de maior intensidade. As moléculas criam interações fortes entre si, criando materiais com alta tensão superficial e tempo de ebulição, por exemplo.
Os compostos que podem realizar ligações de Hidrogênio são moléculas polares, que se dissolvem na água. É necessário que o hidrogênio da molécula um interaja como um átomo de Flúor, Oxigênio ou Nitrogênio. Esse trio de elementos pode ser relembrado por meio do mnemônico “FON”.
Observe que, conforme as características físico-químicas de cada elemento da tabela periódica, o hidrogênio possui uma carga total mais positiva. Enquanto que flúor, oxigênio e nitrogênio são tendem a doar elétrons para outros elementos. Diante disso, a atração entre Hidrogênio e os átomos do grupo FON resulta em ligação de hidrogênio, muito fortes e intensas.
O principal exemplo de substância que apresenta ligações de hidrogênio é a água. As moléculas de H2O criam forças intermoleculares entre si a partir da interação do oxigênio de um composto com o hidrogênio do outro e isso acontece sucessivamente com todas as moléculas que estão juntas naquele ambiente.
Essas interações permitem, por exemplo, que um mosquito pouse sobre a água, por que a tensão superficial criada pela ligações de hidrogênio são fortes o suficiente para sustentá-lo. Na água líquida a junção entre os compostos ocorre de maneira mais aleatória, enquanto que no gelo, as moléculas estão em um estado de ativação menor, assim, criam estruturas cristalinas tridimensionais a partir dessas forças intermoleculares.
Dipolo permanente
No caso do dipolo permanente, também conhecido como dipolo-dipolo, a interação ocorre entre moléculas com atividade elétrica diferente entre si. Ou seja, uma molécula terá uma tendência em ser mais positiva e a outra tem características mais negativas. Já a repulsão, ocorre quando polos de cargas parciais iguais (positivo e positivo ou negativo e negativo) são aproximados.
As interações do tipo dipolo permanente ocorrem em moléculas polares, nos casos em que os átomos envolvidos não abrangem hidrogênio em interação com flúor, oxigênio e nitrogênio. Ainda, nos dipolo-dipolo, as força empregada tem intensidade intermediária, não permitindo uma tensão superficial tão resistente como no caso anterior.
+ Veja também: Polaridade molecular: o que é, como acontece e exercícios
Dipolo induzido
O dipolo induzido é um tipo de interação intermolecular que ocorre em casos que, naturalmente, a molécula não tem uma carga elétrica parcial bem definida, ou seja, a forma como os átomos estão distribuídos no composto fazem com que ela tenha um comportamento elétrico neutro — essas moléculas são classificadas como apolares.
Então, para que uma diferença de potencial ocorra entre as moléculas, é necessário que algum outro composto faça uma indução elétrica. Geralmente, uma outra molécula polar, com dipolo de carga parcial diferente de zero, pode ser capaz de criar um dipolo induzida no composto apolar.
Nesses casos, o campo elétrico gerado pela molécula polar precisa ter magnitude suficiente para induzir uma alteração na conformação elétrica do composto polar. Conforme a nuvem eletrônica for modificada, então há um desarranjo das cargas e ocorre um dipolo induzido entre as duas estruturas.
Como é um processo induzido, que depende de muitos fatores e é variável conforme os tipos de moléculas que estão na interação, os dipolos induzidos, também chamados de Forças de London, possuem a menor intensidade entre as forças intermoleculares.
Questão sobre interações intermoleculares
Universidade Federal de Santa Maria – UFSM (2023)
Márcia Barbosa, professora e pesquisadora de Física da Universidade Federal do Rio Grande do Sul, faz parte da Academia Brasileira de Ciências e é especialista em comportamento da água. Seus estudos estão baseados nas características dessas moléculas evidenciadas pelas ligações de hidrogênio. Na análise do fluxo da água em nanotubos, cilindros com espessura 80 mil vezes menor que um fio de cabelo, ela observou que a água flui muito bem nesses espaços, fazendo somente interações com outras moléculas que estão à sua frente ou atrás, perdendo as interações laterais, pois estas são repelidas pelo minúsculo cano. O estudo sobre diferentes materiais e espessuras de nanotubos, procurando a melhor estratégia para dessalinizar água, é uma promissora possibilidade de prover água potável, visto que a ONU estima que metade da população mundial sofrerá com falta de água até 2050.
Fonte: BRUNO, V.; ROSSINI, M. C. Revista Superinteressante. 22 nov. 2020. Disponível em: <https://super.abril.com.br/ciencia/marcia-barbosa-estuda-a-agua-a-substancia-mais-estranha-da-face-da-terra>. Acesso em: 02 jun. 2023. (Adaptado)
Tendo em vista o texto, as ligações de hidrogênio e o comportamento da molécula da água, considere as afirmações a seguir.
I → As ligações de hidrogênio ocorrem preferencialmente no estado gasoso em moléculas que possuem hidrogênio ligado ao flúor, nitrogênio ou oxigênio, formando forte polo negativo no átomo de hidrogênio.
II → As ligações de hidrogênio explicam o fato de o gelo flutuar na água, pois, enquanto no estado líquido as moléculas estão desorganizadas, no estado sólido estão organizadas na forma hexagonal, ou seja, a mesma quantidade de moléculas ocupando maior espaço, o que diminui a densidade.
III → As ligações de hidrogênio explicam o fato de insetos permanecerem sobre a água devido à tensão superficial, em que as moléculas superficiais se atraem, formando uma espécie de película ou fina camada na superfície.
Está(ão) correta(s)
A) apenas I.
B) apenas II.
C) apenas I e III.
D) apenas II e III.
E) I, II e III.
Alternativa correta: D.
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