INTERAÇÕES MOLECULARES E A VOLATILIZAÇÃO DE COMPOSTOS ORGÂNICOS

A pressão de vapor, pressão que o vapor exerce sobre o líquido quando eles estão em equilíbrio, em uma dada temperatura, é um resultado que independente da quantidade de líquido presente. Líquidos cuja pressão de vapor é alta nas temperaturas comuns são chamados de voláteis.

O vapor se forma à medida que as moléculas deixam a superfície do líquido devido à evaporação. Entretanto, quanto maior o número de moléculas na fase vapor, um número maior delas estará disponível para condensar. Eventualmente, o número de moléculas que voltam ao líquido em cada segundo se iguala ao número que vai para a fase vapor, formando assim o equilíbrio dinâmico. A pressão de vapor é, portanto, a pressão exercida pelo vapor quando está ocorrendo o equilíbrio.

A pressão de vapor é alta quando as moléculas de um líquido são mantidas por forças intermoleculares fracas, ao passo que a pressão de vapor é baixa quando as forças intermoleculares são fortes, por isso as forças intermoleculares interferem na volatilidade dos compostos.

As forças intermoleculares são de natureza elétrica e podem ser de três tipos: interações dipolo-dipolo, ligações de hidrogênio e forças de Van der Waals. Essas interações são também são afetadas pela massa molar do composto, pois moléculas semelhantes, que possuem o mesmo tipo de polaridade e cadeia carbônica, apresentam pontos de fusão e pontos de ebulição  distintos, quando a massa molar varia muito.

As forças de Van der Waals decorrem do movimento desordenado dos elétrons nas moléculas, gerando dipolos instantâneos que atraem moléculas vizinhas. Esse tipo de interação acontece em qualquer tipo de molécula, independente da sua polaridade, por isso, são o único tipo de força presente em moléculas apolares, elas dependem fortemente da massa molecular, pois moléculas mais pesadas possuem mais elétrons, produzindo assim um maior número de interação. A medida que a superfície de contato cresce, aumenta o número de interações entre as moléculas sendo mais difícil a substância mudar de fase, explicando assim por que existem diferença de volatilidade entre compostos apolares.

As interações dipolo-dipolo são resultantes da distribuição não uniforme dos elétrons não ligantes, uma molécula polar tende a se orientar atraindo a outra molécula, em que a extremidade positiva de uma atrai a extremidade negativa da outra. Isso explica o fato da acetona ser líquida nas condições ambiente, pois ela é constituída de moléculas polares.

Por fim temos o efeito das ligações de hidrogênio, que são consideradas um caso extremo de interações dipolo-dipolo e acontece quando têm-se hidrogênio ligado a um átomo de nitrogênio, oxigênio ou flúor. Isso acontece devido a grande diferença de eletronegatividade que estes compostos têm frente o hidrogênio, esse efeito pode ser claramente visto se compararmos  dimetil-éter e etanol, pois esses compostos têm as fórmulas moleculares iguais, C2H6O, então se espera que eles tenham pressão de vapor semelhante, porém, a molécula de etanol tem um grupo OH que pode formar ligações hidrogênio com outras moléculas de álcool, já as moléculas do éter não podem formar ligações hidrogênio, pois os átomos de hidrogênio estão ligados a átomos de carbono, com isso, ha uma mudança significativa na pressão de vapor, enquanto a do  etanol em 295 K é 6,6 kPa, a do dimetil-éter é 538 kPa, por essa razão, o etanol é um líquido em condições normais (temperatura e pressão) e o dimetil-éter é um gás.

Com isso, a volatilidade dos compostos é definida por diferentes propriedades moleculares das substâncias, principalmente o tipo de interação intermolecular e o tamanho da molécula.

Referências

ABORDAGEM FÍSICA DE COMPOSTOS ORGÂNICOS.

ATKINS, P.Princípios de Química: Questionando a Vida Moderna e o Meio Ambiente. 7ª ed. Porto Alegre: ArtMed, 2018. Disponível em: Minha Biblioteca. 2018, Livro eletrônico.