Forces intermoleculars (2015)

Resumen Catalán
Universidad Universidad Autónoma de Barcelona (UAB)
Grado Química - 1º curso
Asignatura Fonaments de Química
Año del apunte 2015
Páginas 8
Fecha de subida 11/01/2015
Descargas 27
Subido por

Vista previa del texto

Cora Montesdeoca Química UAB FORCES SÒLIDS INTERMOLECULARS: LÍQUIDS I FORCES INTERMOLECULARS Estableixen la forma i el comportament de la matèria.
FORCES DE VAN DER WAALS Forces cohesives entre les molècules Dipols instantanis i dipols induïts Els electrons no estan distribuïts simètricament per la molècula, per això hi ha vegades que un punt és més negatiu que l’altre; formant un dipol instantani. Llavors la part negativa de la molècula indueix que la part continua d’una altre molècula sigui positiva i l’altre part negativa, formant un dipol induït.
Aquestes forces d’atracció entre les molècules es denominen forces de London.
La polaritzabilitat és el terme utilitzat per descriure la tendència relativa a produir-se una separació de càrregues de forma que es distorsioni la forma normal d’un àtom o molècula. Com més gran l’àtom o molècula, més electrons i més polaritzable.
Generalment, quan la polaritzabilitat augmenta les forces són més fortes. Per això, els punts de fusió i ebullició augmenten amb la massa molecular (nº electrons).
Si la molècula és lineal, més polaritzable i més estable és.
Interaccions dipol – dipol En una substància polar, les molècules tenen moments dipolar permanents. Per tant, les interaccions entre dipols són molt fortes.
Ordre decreixent en mesura de les forces intermoleculars: Dipol – dipol > dipol – dipol induït > dipol induït – dipol induït 1 Cora Montesdeoca Química UAB Si el nombre d’electrons són semblants es compara depenent si es polar o apolar, com més polar més forta la interacció  + Teb + Tf Si el nombre d’electrons és molt diferent entre molècules es compara depenent la mida, com més gran més forta la interacció.
PONTS D’HIDROGEN És simplement una atracció electrostàtica i no un enllaç químic real. En un pont d’hidrogen un àtom d’H s’uneix covalentment a un àtom molt electronegatiu que atrau la densitat electrònica del nucli d’H. Això permet, al seu torn, que el nucli de H, un protó, sigui atret simultàniament per un parell solitari d’electrons d’un àtom molt electronegatiu d’una molècula veïna.
Són interaccions molt fortes, més que les forces de Van der Waals. La distància entre l’H i els electrons ha de ser molt petita. Més electronegativitat, més fort el pont d’H.
Es poden donar a terme intermolecularment o intramolecularment, un pont d’H intramolecular farà més estable la molècula que un pont d’H intermolecular.
PROPIETATS DELS LÍQUIDS TENSIÓ SUPERFICIAL Les molècules del interior del líquid estan en un estat d’energia més baix que les molècules de la superfície, ja que les de l’interior tenen una atracció més gran amb les molècules veïnes. Per això, tracten de col·locar-se a l’interior del líquid quedant-se a la superfície el menor nombre possible de molècules. Per augmentar l’àrea de superfície d’un líquid es necessita que les molècules es desplacin des de l’interior a la superfície i això requereix energia.
La tensió superficial (γ) és l’energia necessària per augmentar l’àrea de superfície d’un líquid (J/m2). Al augmentar la temperatura, la tensió disminueix.
Les forces de cohesió son les forces exercides entre molècules del líquid i les forces d’adhesió, entre molècules del líquid i una superfície. Si les forces de cohesió son fortes en comparació amb les forces d’adhesió, el líquid manté la seva forma (gotes). Si 2 Cora Montesdeoca Química UAB es al revés, el líquid s’expandeix per la superfície. Quan una petita part del líquid puja pels capil·lars degut a les grans forces d’adhesió, s’anomena acció capil·lar.
Les substàncies que redueixen la tensió superficial de l’aigua i permeten estendre-la més fàcilment es coneix com agents humectants o tensioactius.
VISCOSITAT La viscositat és la resistència d’un líquid a fluir. Quant major siguin les forces intermoleculars d’atracció, major es la viscositat. Les forces de cohesió crea una fricció interna que redueix la velocitat del flux. Els líquids que flueixen molt lentament s’anomenen viscosos.
La viscositat disminueix quan la temperatura augmenta en els líquids. Aquesta està relacionada amb la tensió superficial ( ).
ENTALPIA DE VAPORITZACIÓ El pas de molècules des de la superfície d’un líquid a gas, es denomina vaporització. És un procés endotèrmic. La vaporització es produeix més fàcilment quan:  Augmenta la temperatura  Augmenta l’àrea superficial  Disminueixen les forces intermoleculars En un sistema aïllat les molècules que s’evaporen tenen més energia, aquesta energia es rep del propi sistema: refredant-se.
L’entalpia de vaporització es la quantitat de calor que deu ser absorbida per a que una certa quantitat de líquid s’evapori a temperatura constant.
La conversió d’un gas a líquid es denomina condensació, és un procés exotèrmic.
∆𝐻𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟𝑖𝑡𝑧𝑎𝑐𝑖ó = ∆𝐻𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟 − ∆𝐻𝑙í𝑞𝑢𝑖𝑑 = −∆𝐻𝑐𝑜𝑛𝑑𝑒𝑛𝑠𝑎𝑐𝑖ó PRESSIÓ DE VAPOR En un sistema tancat, hi ha un equilibri dinàmic en que hi ha molècules vaporitzant-se i condensant-se alhora.
3 Cora Montesdeoca Química UAB La pressió exercida per un vapor en l’equilibri es denomina pressió de vapor. Els líquids amb pressions de vapor altes a temperatura ambient s’anomenen volàtils, els que tenen pressions de vapor baixes són no volàtils.
Quant més petites siguin les forces intermoleculars, més volàtil és el líquid i la seva pressió de vapor és major. La pressió de vapor augmenta amb la temperatura. No depèn de les vaporitzacions dels líquids i gasos, només de la temperatura.
EBULLICIÓ En un recipient obert a l’atmosfera, hi ha una determinada temperatura a la que es produeix la vaporització en tot el líquid i no només en la superfície. La pressió que exerceixen les molècules que s’escapen iguala a la exercida per les molècules de l’atmosfera, es diu que té lloc l’ebullició. La temperatura a la que la pressió de vapor d’un líquid és igual a la pressió atmosfèrica estàndard és el punt d’ebullició.
PROPIETATS DELS SÒLIDS FUSIÓ Quan el sòlid perd la seva forma i es converteix en un líquid es denomina fusió, i la temperatura a la que es produeix es el punt de fusió. El procés invers, s’anomena congelació o solidificació, i la temperatura a la que es produeix és el punt de congelació. El punt de fusió d’un sòlid i de solidificació d’un líquid són idèntics. A aquesta temperatura coexisteixen sòlid i líquid en equilibri.
La quantitat de calor necessària per fondre un sòlid és l’entalpia de fusió.
La temperatura pot disminuir per sota del punt de congelació abans de l’aparició del sòlid. Aquesta situació es coneix com subrefredament.
4 Cora Montesdeoca Química UAB SUBLIMACIÓ Degut a que les forces intermoleculars són més fortes, els sòlids no són tan volàtils com els líquids. El pas directe de les molècules de l’estat sòlid a gas es denomina sublimació. El procés invers es denomina deposició.
Existeix un equilibri dinàmic entre el sòlid i gas. El vapor exerceix una pressió característica denominada pressió de sublimació.
L’entalpia de sublimació és la quantitat de calor necessària per convertir un sòlid a un gas.
∆𝐻𝑠𝑢𝑏 = ∆𝐻𝑓𝑢𝑠 + ∆𝐻𝑣𝑎𝑝 DIAGRAMA DE FASES El canvi d’estat no només depèn de la temperatura, sinó de la pressió també.
Quan en un sistema aïllat hi ha líquid i gas, al arribar al punt crític les densitats del gas i el líquid són iguals i coexisteixen els dos estats. Al arribar a la temperatura crítica la tensió superficial de les molècules disminueix fins arribar a 0. Els líquids que estan sotmesos al punt crític s’anomenen fluids supercrítics.
SÒLIDS DE RED COVALENT I SÒLID IÒNICS SÒLIDS DE RED COVALENT Els enllaços covalent es tendeixen per totes les direccions del espai.
5 Cora Montesdeoca Química UAB (1) (2) Diamant (1): Ordenació hexagonal no plana d’àtoms de carboni. Interaccions molt estables. Són hibridacions sp3. Extremadament dur. No són conductors de l’electricitat i no es fonen ni es sublimen fins arribar a temperatures molt elevades.
Grafit (2): L’enllaç implica un conjunt d’orbitals sp2+p, així es electrons p estan deslocalitzats i produeix la conductivitat del material. L’enllaç dintre d’una capa és fort però les forces intermoleculars entre capes són forces de Van der Waals molt més dèbils. El grafit és un bon lubricant.
Altres formes al·lotròpiques del carboni: fullerens i nanotubs SÒLIDS IÒNICS L’energia de red és l’energia que es desprèn quan els ions gasosos totalment separats, positius i negatius, s’uneixen per formar un mol del compost iònic sòlid.
La força atractiva entre un par d’ions amb càrregues oposades augmenta al augmentar la càrrega dels ions i al disminuir la seva mida: 𝐸 ∝ 𝑞 · 𝑞′ 𝑑 Quant major es l’energia de red d’un compost iònic, més alt és el punt de fusió. Quant menor és l’energia de red major és la quantitat d’un sòlid iònic que pot dissoldre’s en una quantitat donada de dissolvent.
Anions i cations tendeixen a estar en contacte per maximitzar l’atracció.
6 Cora Montesdeoca Química UAB ESTRUCTURES CRISTAL·LINES  Un sòlid cristal·lí té ordre rígid i llarg abast. En un sòlid cristal·lí, àtoms, molècules o ions ocupen posicions específiques (previsibles).
 Un sòlid amorf no posseeix definit un ordre.
 Una cel·la unitat és la unitat estructural repetitiva bàsica d'una sòlid cristal·lí.
DIFRACCIÓ RAIG X Ens permet conèixer les estructures dels compostos 𝑛𝜆 = 2𝑑 sin 𝛳 ESTRUCTURES COMPACTES / METÀL·LIQUES Empaquetament d’esferes:  Hexagonal  Cúbic La millor manera és la més ajustada i aquesta es dóna no fent que coincideixin bola amb bola, sinó que coincideixi bola amb espai.
El nombre d’àtoms amb els que està en contacte un àtom donat es denomina nombre de coordinació.
Compartició d’àtoms entre cel·les unitat:  Cubica simple  Cubica centrada en el cos  Cubica centrada en les cares 7 Cora Montesdeoca Química UAB Com es conten els àtoms d’una cel·la?  Si l’àtom està al centre, el contem sencer.
 Si l’àtom està a una cara es conta mig ja què el comparteix amb l’altre cel·la.
 Si l’àtom està a un eix, es conta una quarta part.
 Si l’àtom està en un vèrtex es conta una vuitena part.
RESUM DE LES PROPIETATS DELS SÒLIDS CICLE BORN-HABER El passar d’ions en estat gas a compostos sòlids sempre desprèn energia: energia reticular. En canvi, el pas invers necessita energia.
Com les energies reticulars dels cristall són tan grans, aquestes estructures són molt estables.
Com més petits siguin els ions, més gran serà l’energia reticular.
8 ...