Teoria Molecular Cinética
Pegue um copo d’água. Coloque algumas gotas de corante alimentar vermelho nele. O que acontece? As gotas de corante alimentar vermelhas devem descer lentamente no copo de água, espalhar-se e finalmente tingir toda a água com uma cor avermelhada. Por que isso acontece? Isso acontece porque as duas substâncias são feitas de moléculas em constante movimento. Essas moléculas têm energia; um dos princípios fundamentais da teoria cinética molecular.
A Teoria Molecular Cinética (KMT) é um modelo usado para explicar o comportamento da matéria. Baseia-se em uma série de postulados.
Alguns dos postulados do KMT são os seguintes:
- A matéria é feita de partículas que estão em constante movimento. Essa energia em movimento é chamada de energia cinética .
- A quantidade de energia cinética em uma substância está relacionada à sua temperatura.
- Existe espaço entre as partículas. A quantidade de espaço entre as partículas está relacionada ao estado da matéria da substância.
- As mudanças de fase acontecem quando a temperatura da substância muda suficientemente.
- Existem forças de atração entre as partículas chamadas forças intermoleculares . A intensidade dessas forças aumenta à medida que as partículas se aproximam.
Nesta lição, vamos nos concentrar em como o KMT pode ser usado para explicar as propriedades de líquidos e sólidos.
KMT e propriedades do líquido
Confira essas duas fotos de água líquida:
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Uma é uma foto de água em uma piscina; a outra é de água líquida no nível molecular. Quais propriedades dos líquidos são evidentes nessas duas fotos?
Uma das propriedades mais notáveis dos líquidos é que eles são fluidos e podem fluir. Os líquidos têm volume definido, mas não uma forma definida. Diz-se que os líquidos têm baixa compressibilidade; em outras palavras, é difícil compactar as partículas líquidas mais próximas umas das outras. Em comparação com os gases, há relativamente pouco espaço entre as partículas. Em comparação com os sólidos, entretanto, os líquidos têm algum espaço entre as partículas. Isso, junto com o fato de que as partículas líquidas também têm relativamente mais energia do que as partículas sólidas, é o que permite que os líquidos fluam. No nível molecular, esses dois fatores dão aos líquidos a aparência de desorganizados.
Os tipos de forças intermoleculares em um líquido dependem da composição química do próprio líquido. A força da força intermolecular está relacionada ao tipo de força intermolecular, mas também é afetada pela quantidade de energia cinética na substância. Quanto mais energia cinética, mais fracas são as forças intermoleculares. Os líquidos têm mais energia cinética do que os sólidos, então as forças intermoleculares entre as partículas líquidas tendem a ser mais fracas. Discutiremos os tipos de forças intermoleculares mais tarde.
KMT e sólidos
Agora, vamos verificar alguns sólidos:
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Uma dessas imagens é de cristais de pirita em sua forma cúbica de ocorrência natural; a outra é a estrutura do trióxido de fósforo na escala molecular. Quais propriedades dos sólidos você nota?
As substâncias sólidas têm formas e volumes definidos. Partículas sólidas se movem, mas não muito longe! Partículas sólidas têm relativamente pouca energia cinética e vibram no local. Por causa disso, eles não podem fluir como líquidos. A maioria dos sólidos é organizada em uma estrutura cristalina compactada. A estrutura cristalina é um arranjo de partículas ordenado e repetitivo, denominado rede cristalina. A forma do cristal mostra a disposição das partículas no sólido.
Alguns sólidos não têm formato cristalino. Os que não são são chamados de sólidos amorfos. Os sólidos amorfos não têm estruturas internas ordenadas. Exemplos de sólidos amorfos incluem borracha, plástico e vidro. A cera também é um sólido amorfo. Pode ser moldado em qualquer formato e remodelado a qualquer momento que for aquecido um pouco.
Forças intermoleculares
Como observado anteriormente, as forças intermoleculares são as forças de atração entre as partículas. Eles são muito diferentes das ligações que ocorrem dentro das partículas. O tipo de forças intermoleculares presentes depende do tipo de partículas presentes.
As ligações de hidrogênio ocorrem entre moléculas polares que contêm um átomo de oxigênio, nitrogênio ou flúor ligado covalentemente a um átomo de hidrogênio. A atração intermolecular ocorre entre o oxigênio parcialmente carregado negativamente, flúor ou nitrogênio e o hidrogênio parcialmente carregado positivamente de uma molécula vizinha. As ligações de hidrogênio são forças intermoleculares relativamente fortes.
As forças íon-dipolo ocorrem entre um íon e uma molécula polar. Um íon formará uma atração com um pólo de carga oposta de uma molécula vizinha. A água salgada é carregada de atrações íon-dipolo. Os íons de sódio positivos são atraídos para os pólos negativos das moléculas de água. Os íons de cloreto carregados negativamente são atraídos para os pólos positivos das moléculas de água.
As forças dipolo-dipolo ocorrem entre os pólos com cargas opostas das moléculas polares.
As forças dipolares induzidas por dipolo ocorrem quando uma molécula polar induz um momento de dipolo temporário em uma molécula não polar vizinha. Você pode estar se perguntando, o quê? Como pode uma molécula apolar obter um momento de dipolo? Os elétrons carregados negativamente que zumbem em torno de um átomo ou molécula são móveis e polarizáveis. Se uma partícula carregada negativamente se aproximar de um monte de elétrons, eles serão repelidos por ela e se afastarão o máximo possível. Agora, imagine que o pólo negativo de uma molécula se aproxima de uma molécula apolar. Os elétrons se movem para o lado oposto ao pólo negativo de entrada. Agora temos um lado mais negativo e um lado mais positivo: é um dipolo induzido! Essas forças intermoleculares são relativamente fracas.
As Forças de Dispersão de Londres (LDF) são o tipo mais fraco de força intermolecular. LDFs ocorrem entre moléculas não polares quando o movimento aleatório de elétrons em torno de uma molécula cria um dipolo temporário que induz um dipolo temporário em uma molécula vizinha.
Mudanças de fase
A quantidade de energia cinética em uma substância está relacionada à sua fase. Os gases têm mais energia cinética do que os líquidos. Os líquidos têm mais energia cinética do que os sólidos. Quando uma substância aumenta de temperatura, o calor está sendo adicionado e suas partículas estão ganhando energia cinética.
Devido à sua proximidade, as partículas líquidas e sólidas sofrem forças intermoleculares. Essas forças mantêm as partículas próximas. Quanto mais energia cinética as partículas têm, mais fracas essas forças se tornam. Em certas temperaturas, as partículas superam forças intermoleculares suficientes para experimentar uma mudança significativa nas propriedades. Nesse ponto, ocorre uma mudança de fase. Existem temperaturas específicas para cada substância que coincidem com a quantidade de energia cinética necessária para que as partículas tenham propriedades características de líquido, sólido ou gás.
Resumo da lição
Vamos revisar.
A Teoria Molecular Cinética (KMT) é um modelo usado para explicar o comportamento da matéria.
As propriedades dos líquidos incluem:
- Volume definido, mas forma indefinida
- Relativamente incompressível
- As partículas têm mais energia do que os sólidos, mas menos energia do que os gases
- Os líquidos podem fluir
As propriedades dos sólidos incluem:
- Forma e volume definidos
- Muito incompressivel
- As partículas têm relativamente pouca energia
- Partículas sólidas vibram no lugar
- Os sólidos costumam ter estruturas cristalinas
As forças intermoleculares (IMFs) são as forças de atração entre as partículas. O tipo de FMI presente depende da composição química da substância.
As mudanças de fase ocorrem quando as partículas experimentam uma mudança significativa na temperatura. A temperatura mede a quantidade de energia cinética de uma substância. A energia cinética de uma substância está relacionada à sua fase.
Resultados de Aprendizagem
Depois de terminar esta lição, você será capaz de:
- Descreva a Teoria Molecular Cinética
- Identifique as propriedades de sólidos e gases
- Lembre-se dos tipos de forças intermoleculares
- Explique como as mudanças de fase ocorrem