10.10: Resumo

10.1 Forças intermoleculares

As propriedades físicas da matéria condensada (líquidos e sólidos) podem ser explicadas em termos da teoria molecular cinética. Em um líquido, forças atrativas intermoleculares mantêm as moléculas em contato, embora elas ainda tenham KE suficiente para passar umas pelas outras.

As forças de atração intermoleculares, coletivamente chamadas de forças de van der Waals, são responsáveis pelo comportamento de líquidos e sólidos e são de natureza eletrostática. As atrações dipolo-dipolo resultam da atração eletrostática da extremidade negativa parcial de uma molécula polar pela extremidade positiva parcial de outra. O dipolo temporário que resulta do movimento dos elétrons em um átomo pode induzir um dipolo em um átomo adjacente e dar origem à força de dispersão de London. As forças de Londres aumentam com o aumento do tamanho molecular. As ligações de hidrogênio são um tipo especial de atração dipolo-dipolo que resulta quando o hidrogênio é ligado a um dos três elementos mais eletronegativos: F, O ou N.

10.2 Propriedades dos líquidos

As forças intermoleculares entre as moléculas no estado líquido variam dependendo de suas identidades químicas e resultam em variações correspondentes em várias propriedades físicas. As forças coesivas entre moléculas semelhantes são responsáveis pela viscosidade de um líquido (resistência ao fluxo) e pela tensão superficial (elasticidade da superfície de um líquido). As forças adesivas entre as moléculas de um líquido e as diferentes moléculas que compõem uma superfície em contato com o líquido são responsáveis por fenômenos como umedecimento superficial e elevação capilar.

10.3 Transições de fase

As transições de fase são processos que convertem a matéria de um estado físico em outro. Há seis transições de fase entre as três fases da matéria. Fusão, vaporização e sublimação são todos processos endotérmicos, exigindo uma entrada de calor para superar as atrações intermoleculares. As transições recíprocas de congelamento, condensação e deposição são todos processos exotérmicos, envolvendo calor à medida que as forças atrativas intermoleculares são estabelecidas ou fortalecidas. As temperaturas nas quais as transições de fase ocorrem são determinadas pelas forças relativas das atrações intermoleculares e, portanto, dependem da identidade química da substância.

10.4 Diagramas de fase

As condições de temperatura e pressão nas quais uma substância existe nos estados sólido, líquido e gasoso são resumidas em um diagrama de fases dessa substância. Os diagramas de fase são gráficos combinados de curvas de equilíbrio pressão-temperatura que representam as relações entre temperaturas e pressões de transição de fase. O ponto de interseção de quaisquer três curvas em um diagrama de fase representa o ponto triplo de uma substância — a temperatura e a pressão nas quais três fases diferentes estão em equilíbrio. Em pressões abaixo de um ponto triplo de gás sólido-líquido-gás, uma substância não pode existir no estado líquido, independentemente de sua temperatura. O terminal da curva líquido-gás representa o ponto crítico da substância, a pressão e a temperatura acima das quais uma fase líquida não pode existir.

10.5 O estado sólido da matéria

Algumas substâncias formam sólidos cristalinos que consistem em partículas em uma estrutura muito organizada; outras formam sólidos amorfos (não cristalinos) com uma estrutura interna que não é ordenada. Os principais tipos de sólidos cristalinos são sólidos iônicos, sólidos metálicos, sólidos de rede covalente e sólidos moleculares. As propriedades dos diferentes tipos de sólidos cristalinos são devidas aos tipos de partículas nas quais eles consistem, à disposição das partículas e às forças das atrações entre elas. Como suas partículas experimentam atrações idênticas, os sólidos cristalinos têm temperaturas de fusão distintas; as partículas nos sólidos amorfos experimentam uma variedade de interações, então eles amolecem gradualmente e derretem em uma faixa de temperaturas. Alguns sólidos cristalinos têm defeitos no padrão de repetição definido de suas partículas. Esses defeitos (que incluem vagas, átomos ou íons que não estão nas posições regulares e impurezas) alteram propriedades físicas, como a condutividade elétrica, que é explorada nos cristais de silício usados para fabricar chips de computador.

10.6 Estruturas de rede em sólidos cristalinos

As estruturas de metais cristalinos e compostos iônicos simples podem ser descritas em termos de empacotamento de esferas. Os átomos de metal podem se agrupar em estruturas hexagonais mais compactadas, estruturas cúbicas mais compactadas, estruturas centradas no corpo e estruturas cúbicas simples. Os ânions em estruturas iônicas simples geralmente adotam uma dessas estruturas, e os cátions ocupam os espaços restantes entre os ânions. Cátions pequenos geralmente ocupam orifícios tetraédricos em uma matriz mais compacta de ânions. Cátions maiores geralmente ocupam orifícios octaédricos. Cátions ainda maiores podem ocupar orifícios cúbicos em uma simples matriz cúbica de ânions. A estrutura de um sólido pode ser descrita indicando o tamanho e a forma de uma célula unitária e o conteúdo da célula. O tipo de estrutura e as dimensões da célula unitária podem ser determinados por medições de difração de raios-X.