Metais, redes e forças intermoleculares
Por que o fio de cobre da extensão do seu carregador de celular se dobra e conduz corrente, o sal de cozinha se quebra e só conduz fundido, o diamante risca qualquer material e o iodo sublima com um leve aquecimento? As quatro perguntas têm a mesma resposta: o tipo de ligação (ou de força) que mantém as partículas unidas no sólido.
Ligação metálica: o mar de elétrons
Se você bater num fio de cobre com um martelo, ele se achata e vira uma lâmina sem se quebrar. Se bater num cristal de sal grosso, ele se despedaça. Que modelo de ligação permite aos metais mudar de forma e conduzir corrente tão bem?
Há no laboratório dois sólidos cristalinos puros, rotulados como amostra 1 (cobre metálico, $\mathrm{Cu}$) e amostra 2 (cloreto de sódio, $\mathrm{NaCl}$). Mede-se a…
Há no laboratório dois sólidos cristalinos puros, rotulados como amostra 1 (cobre metálico, $\mathrm{Cu}$) e amostra 2 (cloreto de sódio, $\mathrm{NaCl}$). Mede-se a condutividade elétrica de ambos no estado sólido e após submetê-los à fusão.
- a) Explique por que o cobre conduz a corrente elétrica nos estados sólido e líquido, com base no modelo da nuvem de elétrons.
- b) Justifique por que o $\mathrm{NaCl}$ é um isolante elétrico no estado sólido, mas se torna bom condutor elétrico quando fundido.
Ligas metálicas
Muitos objetos do dia a dia não são de metal puro, e sim de ligas: misturas de um metal com outros elementos. O latão é cobre com zinco, o bronze é cobre com estanho e o aço é ferro com um pouco de carbono.
Na liga, átomos de tamanhos diferentes ficam misturados na rede e atrapalham o deslizamento dos planos de cátions. Por isso a liga costuma ser mais dura e mais resistente que o metal puro, e um pouco menos maleável. O mar de elétrons continua existindo, então a liga ainda conduz corrente.
Redes covalentes: diamante e grafite
O diamante é o material natural mais duro que existe e um isolante elétrico; já o grafite da ponta do seu lápis é macio, escorregadio e conduz eletricidade. Os dois são feitos só de átomos de carbono. Como pode ser?
Forças intermoleculares
Entre moléculas discretas atuam forças muito mais fracas que uma ligação covalente. Elas decidem se uma substância molecular é gás, líquido ou sólido, e no que ela se dissolve.
A água pura tem temperatura de ebulição de $100{,}0\,^\circ\mathrm{C}$ à pressão de $1{,}0\,\mathrm{atm}$. Ao aquecer água líquida até sua ebulição, ocorre a…
A água pura tem temperatura de ebulição de $100{,}0\,^\circ\mathrm{C}$ à pressão de $1{,}0\,\mathrm{atm}$. Ao aquecer água líquida até sua ebulição, ocorre a transformação em vapor de água segundo o processo físico $\mathrm{H_2O}\,(\mathrm{l}) \rightarrow \mathrm{H_2O}\,(\mathrm{g})$.
- a) Justifique, de forma fundamentada, que tipo específico de interações ou ligações são vencidas durante a ebulição da água líquida.
- b) Explique por que esse processo físico não rompe as ligações intramoleculares covalentes $\mathrm{O-H}$ nem decompõe a água em hidrogênio e oxigênio gasosos.
Considere a série homóloga dos halogênios moleculares diatômicos: flúor ($\mathrm{F_2}$), cloro ($\mathrm{Cl_2}$), bromo ($\mathrm{Br_2}$) e iodo ($\mathrm{I_2}$). A…
Considere a série homóloga dos halogênios moleculares diatômicos: flúor ($\mathrm{F_2}$), cloro ($\mathrm{Cl_2}$), bromo ($\mathrm{Br_2}$) e iodo ($\mathrm{I_2}$). A $25{,}0\,^\circ\mathrm{C}$ e $1{,}0\,\mathrm{atm}$, o $\mathrm{F_2}$ e o $\mathrm{Cl_2}$ são gases, o $\mathrm{Br_2}$ é líquido e o $\mathrm{I_2}$ é sólido.
- a) Indique a natureza da interação intermolecular que predomina entre essas moléculas homonucleares apolares.
- b) Justifique a variação observada no estado físico e nos pontos de ebulição ao longo do grupo dos halogênios, de cima para baixo.
Solubilidade: semelhante dissolve semelhante
Por que o óleo não se mistura com a água, mas o álcool, sim?
Dispõe-se das seguintes substâncias moleculares puras: diiodo ($\mathrm{I_2}$), etanol ($\mathrm{CH_3CH_2OH}$) e glicose ($\mathrm{C_6H_{12}O_6}$, que possui cinco…
Dispõe-se das seguintes substâncias moleculares puras: diiodo ($\mathrm{I_2}$), etanol ($\mathrm{CH_3CH_2OH}$) e glicose ($\mathrm{C_6H_{12}O_6}$, que possui cinco grupos hidroxila $-\mathrm{OH}$). Testa-se a solubilidade delas a $20{,}0\,^\circ\mathrm{C}$ em dois solventes: água pura ($\mathrm{H_2O}$) e hexano ($\mathrm{C_6H_{14}}$).
- a) Justifique por que o diiodo é pouco solúvel em água, mas muito solúvel em hexano.
- b) Explique por que o etanol é completamente miscível em água e a glicose é altamente solúvel em água, identificando as interações intermoleculares responsáveis.
Comparando os tipos de sólidos
Voltando ao início: o cobre se deforma e conduz graças ao mar de elétrons móveis; o sal se quebra porque o golpe aproxima íons de mesma carga, mas conduz fundido porque seus íons ficam livres; o diamante risca tudo por sua rede tridimensional de ligações covalentes; e o iodo sublima fácil porque suas moléculas só se atraem por dispersão de London.