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8.1 Ligações Moleculares 8.2 Espectros Moleculares Capítulo 8 Johannes Diderik van der Waals (1837 – 1923)

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1 8.1 Ligações Moleculares 8.2 Espectros Moleculares Capítulo 8 Johannes Diderik van der Waals (1837 – 1923)

2 8.1 Ligações Moleculares Os núcleos das moléculas vibram Frequência intermediária: ~ Hz Os núcleos das moléculas rodam Frequência baixa: ~ Hz Movimentos nas Moléculas

3 Vibrações da água

4 Ligações Moleculares Uma Molécula é uma entidade electricamente neutra que possui mais do que um átomo Pode ser formada por: um único átomo - Hélio (He) mais de um átomo do mesmo elemento – Oxigénio (O 2 ) átomos de elementos diferentes - Água (H 2 O) Existem moléculas formadas por centenas ou até mesmo milhares de átomos, como é o caso das proteínas A Força Coulombiana (Força eléctrica) é a única que liga os átomos A combinação de forças atractivas e repulsivas cria uma estrutura molecular estável Tipos de Ligações Moleculares Iónicas Covalentes de Van der Waals Metálicas de Hidrogénio As propriedades químicas de uma substância não são determinadas por uma molécula isolada, mas por um conjunto mínimo destas

5 Ligações Iónicas É o mecanismo de ligação mais simples Exemplo O sódio (1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 ) cede o seu electrão da camada 3s se tornando o ião Na + (catião), enquanto o cloro (1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 5 ) ganha este electrão se tornando o ião Cl (anião). Desta forma temos a formação da molécula NaCl (cloreto de sódio)

6 Ligações Covalentes Exemplos As moléculas diatómicas formadas pela combinação de dois átomos idênticos tendem a ser covalentes (H 2) Os átomos não são facilmente ionizáveis Moléculas grandes são formadas por ligações covalentes Diamante Os átomos envolvidos em ligações covalentes compartilham seus electrões de valência

7 Ligações de Van der Waals São ligações fracas encontradas em líquidos e sólidos em baixa temperatura Exemplos: grafite No grafite, as ligações de van der Waals mantêm juntas as folhas adjacentes de átomos de carbono Como consequência, com pouca fricção, uma camada desliza sobre a outra Gases Nobres

8 Ligações Metálicas Os electrões de valência são compartilhados por vários átomos Exemplos: K, Na, Ag, Cu

9 Ligações de Hidrogénio Também chamada de ponte de hidrogénio. Mantém principalmente moléculas orgânicas juntas numa solução

10 8.2 Espectros Moleculares Estados Rotacionais Espectroscopia Molecular Podemos aprender acerca das moléculas estudando como elas absorvem, emitem e espalham a radiação electromagnética De acordo com o teorema da equipartição de energia uma molécula pode ser considerada como dois átomos mantidos juntos, ligados por uma haste rígida sem massa e girando em torno do seu centro de massa (cm) (Modelo do rotor rígido) Num sistema puramente rotacional, a energia cinética é expressa em termos do momento angular L e o momento de inércia I

11 L é quantizado Obtemos os níveis de energia E rot varia somente como função do número quântico Substituindo em

12 Estados Vibracionais Os modos de energia vibracional também podem ser excitados Podem ocorrer também excitações térmicas Também é possível estimular a vibração nas moléculas através de radiação electromagnética Consideramos que os dois átomos são massas pontuais e que estão ligados por uma mola sem massa com movimento harmónico simples (MHS)

13 Obtemos os níveis de energia resolvendo a equação de Schrödinger para um oscilador harmónico simples, com energia potencial V é a frequência do oscilador de duas partículas, A energia vibracional do oscilador mecânico quântico é e é a massa reduzida e k a constante da mola No caso da ligação ser puramente iónica, pode-se calcular k supondo que a força que mantém as massas juntas é puramente Coulombiana e é a força restauradora, assim:

14 Combinação de Vibração e Rotação É possível excitar modos vibracionais e rotacionais simultaneamente A energia de um sistema simples de vibração-rotação é dada por: As energias vibracionais são espaçadas em intervalos regulares Nas transições entre os estados de + 1 e as energias dos fotões serão As energias dos fotões são espaçadas em intervalos regulares

15 Normalmente o espectro molecular observado envolve transições electrónicas, vibracionais e rotacionais Os estados electrónicos para uma molécula diatómica

16 Os espectros atómicos são espectros de riscas Parte do espectro de emissão do N 2 Os espectros moleculares são espectros de bandas

17 Espectro de absorção do HCl Frequência central


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