Forças intermoleculares: o que cai no ENEM e nos vestibulares

Resumo rápido

As forças intermoleculares são atrações que acontecem entre moléculas, não dentro delas. Elas são mais fracas que as ligações químicas intramoleculares, como a covalente e a iônica, mas decidem boa parte do que vemos no dia a dia: por que a água ferve a 100 °C e o metano ferve a menos de 160 °C negativos, por que o gelo flutua, por que o óleo não se mistura com a água e por que o álcool seca rápido na pele. No ENEM e no vestibular, esse tema aparece ligado a ponto de fusão, ponto de ebulição, solubilidade, pressão de vapor, capilaridade e tensão superficial. Para dominar o assunto, guarde a ordem de intensidade: ligação de hidrogênio é a mais forte, depois vem a dipolo-dipolo e, por fim, a dipolo induzido, também chamada de força de dispersão de London ou força de Van der Waals. Essa ordem vale para moléculas de tamanho parecido; uma molécula apolar muito grande pode superar uma polar pequena. A regra é semelhante dissolve semelhante: polar atrai polar, apolar atrai apolar.

O que são forças intermoleculares

Imagine duas moléculas vizinhas. Mesmo sem formar uma ligação química nova, elas se atraem ou se repelem por causa da distribuição das cargas elétricas. Quando uma região da molécula fica um pouco positiva e outra fica um pouco negativa, surge um dipolo. É essa atração entre dipolos que chamamos de força intermolecular. Ela é fraca se comparada a uma ligação covalente, que segura átomos dentro da mesma molécula, mas é forte o suficiente para manter um líquido unido e para exigir energia, na forma de calor, para separar as moléculas na ebulição. Por isso, quanto mais forte a força intermolecular, maior tende a ser o ponto de ebulição e menor a pressão de vapor. Um líquido com forças fracas evapora fácil, tem cheiro forte e seca rápido. Um líquido com forças fortes segura suas moléculas e demora mais para evaporar. Essa ideia simples explica muitos fenômenos e é a chave das questões de prova. Na sala de estudo do portal, vale revisar também polaridade e geometria, porque sem elas não dá para classificar a força correta. Uma molécula pode ter ligações polares e, mesmo assim, ser apolar no conjunto, quando a geometria cancela os dipolos, como acontece no dióxido de carbono, \( \mathrm{CO_2} \), que é linear, e no tetracloreto de carbono, \( \mathrm{CCl_4} \), que é tetraédrico.

Os três tipos, do mais forte ao mais fraco

1. Ligação de hidrogênio

A ligação de hidrogênio, também chamada de ponte de hidrogênio, é a mais intensa das três. Ela só acontece quando o hidrogênio está ligado diretamente a flúor, oxigênio ou nitrogênio, os três elementos mais eletronegativos, em uma molécula, e é atraído pelo flúor, oxigênio ou nitrogênio de outra molécula. Exemplos clássicos são a água, \( \mathrm{H_2O} \), o fluoreto de hidrogênio, \( \mathrm{HF} \), e a amônia, \( \mathrm{NH_3} \). O hidrogênio fica com carga parcial positiva bem concentrada, porque o átomo parceiro puxa os elétrons para si, e o outro átomo, com pares de elétrons livres, atrai esse hidrogênio. O resultado é uma rede forte de atrações. É por isso que a água tem ponto de ebulição tão alto para uma molécula tão pequena: são 100 °C, enquanto o sulfeto de hidrogênio, \( \mathrm{H_2S} \), parecido na fórmula, mas sem ponte de hidrogênio forte, ferve a cerca de 60 °C negativos. No gelo, as pontes organizam as moléculas em estrutura aberta, menos densa que a água líquida, por isso o gelo flutua, como vimos na matéria sobre água e sais minerais.

2. Dipolo-dipolo

A força dipolo-dipolo ocorre entre moléculas polares, que têm um polo positivo permanente e um polo negativo permanente. O polo positivo de uma molécula atrai o polo negativo da vizinha, como ímãs fracos se alinhando. Exemplos são o cloreto de hidrogênio, \( \mathrm{HCl} \), o brometo de hidrogênio, \( \mathrm{HBr} \), e a acetona, \( \mathrm{(CH_3)_2CO} \). Ela é mais fraca que a ponte de hidrogênio, mas mais forte que a força de London entre moléculas de tamanho parecido. Um erro comum é chamar qualquer atração entre moléculas polares de ponte de hidrogênio. Não é. Só é ponte de hidrogênio se houver hidrogênio ligado a flúor, oxigênio ou nitrogênio. O \( \mathrm{HCl} \) é polar, tem dipolo-dipolo, mas não tem ponte de hidrogênio, porque o cloro não entra nessa regra especial. Em prova, essa pegadinha aparece muito.

3. Dipolo induzido, ou força de London

A força de dipolo induzido, ou dispersão de London, existe em todas as moléculas, polares ou apolares, mas é a única presente entre moléculas apolares. Ela surge porque os elétrons se movem o tempo todo. Em um instante, eles podem se concentrar mais de um lado da molécula, criando um dipolo momentâneo, que induz um dipolo na molécula vizinha, e as duas se atraem por um instante. É uma atração fraca e passageira, mas somada em trilhões de moléculas ela segura líquidos e sólidos apolares. Ela cresce com o tamanho da molécula e com a área de contato: quanto maior a cadeia carbônica e quanto mais elétrons, mais forte é a força de London. Por isso, entre os alcanos, o metano, \( \mathrm{CH_4} \), é gás, o pentano, \( \mathrm{C_5H_{12}} \), já é líquido, e o eicosano, \( \mathrm{C_{20}H_{42}} \), é sólido. Moléculas ramificadas têm menor área de contato e fervem a temperaturas menores que suas irmãs de cadeia reta. A lagartixa gruda na parede pela soma de milhões dessas forças fracas nas microfibras das patas. Nos lipídios, que são apolares, as forças de London ajudam a manter as gorduras unidas e explicam por que elas não se dissolvem em água.

Como comparar pontos de ebulição sem decorar tabela

Use este passo a passo em prova. Primeiro, identifique o tipo de força predominante de cada substância. Segundo, se o tipo for o mesmo, compare o tamanho e a massa molar: maior molécula, maior ponto de ebulição, em geral. Terceiro, lembre da exceção: uma molécula apolar gigante pode ferver acima de uma molécula polar pequena, porque suas forças de London somadas superam a dipolo-dipolo da outra. Quarto, observe a ramificação e a geometria. Quinto, desconfie de anomalias: água, fluoreto de hidrogênio e amônia têm pontos de ebulição muito acima do esperado para sua massa, justamente por causa da ponte de hidrogênio. Um exemplo resolvido passo a passo: coloque em ordem crescente de ponto de ebulição \( \mathrm{CH_4} \), \( \mathrm{HCl} \), \( \mathrm{H_2O} \) e \( \mathrm{C_2H_6} \). O metano é apolar pequeno, só London fraca, então é o menor. O etano é apolar maior, London mais forte, fica acima do metano. O cloreto de hidrogênio é polar, dipolo-dipolo, fica acima dos apolares pequenos. A água tem ponte de hidrogênio e fica no topo. Ordem: \( \mathrm{CH_4} \) menor que \( \mathrm{C_2H_6} \) menor que \( \mathrm{HCl} \) menor que \( \mathrm{H_2O} \). Outro exemplo: o etanol, \( \mathrm{C_2H_5OH} \), tem grupo \( \mathrm{OH} \) e forma ponte de hidrogênio com a água, então dissolve; o hexano, \( \mathrm{C_6H_{14}} \), é apolar e não se mistura.

Forças intermoleculares no cotidiano e no ENEM

A tensão superficial da água permite que alguns insetos caminhem sobre ela sem afundar: as moléculas da superfície se atraem com força e formam uma espécie de película elástica. A capilaridade, que faz a água subir em um tubo fino, é o equilíbrio entre coesão, atração entre moléculas iguais, e adesão, atração entre moléculas diferentes, como água e vidro. O sabão funciona porque tem uma parte polar, que gosta de água, e uma parte apolar, que gosta de gordura: ele cerca a sujeira gordurosa, forma micelas e a leva embora com a água. Em questões ambientais, as forças explicam por que o petróleo derramado forma uma mancha na superfície: o petróleo é apolar, não se mistura com a água polar, e fica flutuando. O tema também se conecta com a matéria de carboidratos, pois açúcares têm muitos grupos \( \mathrm{OH} \) e por isso são solúveis em água.

Erros comuns que derrubam nota

Primeiro erro: confundir ligação intramolecular com intermolecular. Ferver a água só afasta as moléculas, não quebra \( \mathrm{H_2O} \) em hidrogênio e oxigênio. Segundo erro: achar que toda molécula com hidrogênio faz ponte de hidrogênio. Só vale se o hidrogênio estiver ligado a flúor, oxigênio ou nitrogênio. Terceiro erro: esquecer que a força de London existe em todas as moléculas, mas não é a predominante nas polares. Quarto erro: achar que molécula com ligação polar é sempre polar, sem olhar a geometria. Quinto erro: usar a ordem de forças sem olhar o tamanho da molécula. Para revisar a base, visite a página de Química.

Mapa mental

• Forças intermoleculares: entre moléculas, fracas perto da covalente, decidem ebulição e solubilidade
  • Ponte de hidrogênio: H com F, O ou N; mais forte; água, HF, amônia; gelo flutua
  • Dipolo-dipolo: entre polares; HCl, acetona; intermediária
  • London: dipolo induzido; em todas, única em apolares; cresce com tamanho e área
  • Regras de prova: semelhante dissolve semelhante; maior força, maior ebulição, menor pressão de vapor; olhar geometria e ramificação
  • Cotidiano: tensão superficial, capilaridade, sabão, óleo na água, lagartixa

Perguntas e respostas rápidas (SAQ)

1. O que é uma força intermolecular? É a atração entre moléculas vizinhas, mais fraca que a ligação dentro da molécula, mas responsável por manter líquidos e sólidos unidos.
2. Qual é a ordem de intensidade das forças? Ponte de hidrogênio, depois dipolo-dipolo e depois dipolo induzido, quando as moléculas têm tamanho parecido.
3. Quando ocorre ponte de hidrogênio? Quando o hidrogênio está ligado a flúor, oxigênio ou nitrogênio e é atraído por um desses átomos em outra molécula.
4. Por que a água ferve a 100 °C e o metano ferve tão baixo? Porque a água tem pontes de hidrogênio fortes, que exigem muito calor para romper, enquanto o metano só tem forças de London fracas.
5. Por que óleo e água não se misturam? Porque a água é polar e forma pontes de hidrogênio entre si, e o óleo é apolar; semelhante dissolve semelhante.
6. O que é força de London? É a atração causada por dipolos momentâneos, criados pelo movimento dos elétrons, que induzem dipolos nas moléculas vizinhas.
7. Por que o gelo flutua? Porque as pontes de hidrogênio organizam o gelo em uma estrutura aberta, menos densa que a água líquida.
8. Como o sabão limpa a gordura? Porque ele tem parte polar, que se liga à água, e parte apolar, que se liga à gordura, formando micelas que carregam a sujeira.

Questões comentadas originais, no estilo ENEM

Questão 1. Um estudante comparou o ponto de ebulição da água, 100 °C, com o do sulfeto de hidrogênio, cerca de 60 °C negativos, e estranhou a diferença, pois as fórmulas são parecidas. A melhor explicação é: A) a água tem massa maior; B) a água forma pontes de hidrogênio, muito mais fortes que as forças do sulfeto; C) o sulfeto é iônico; D) a água é apolar; E) o sulfeto tem ponte de hidrogênio mais forte. Gabarito: B. A água tem hidrogênio ligado a oxigênio e forma uma rede de pontes de hidrogênio, que exige muito calor para romper. O sulfeto tem forças bem mais fracas. Massa parecida não explica uma diferença tão grande.

Questão 2. Em um laboratório, um líquido evapora rapidamente, tem cheiro forte e deixa a pele fria. Isso indica que suas forças intermoleculares são: A) muito fortes; B) inexistentes; C) fracas, com alta pressão de vapor; D) iônicas; E) iguais às da água. Gabarito: C. Evaporação rápida significa que muitas moléculas escapam com facilidade, ou seja, forças fracas e pressão de vapor alta. Líquidos voláteis, como álcool e acetona, seguem esse padrão.

Questão 3. Qual das substâncias a seguir apresenta, predominantemente, força dipolo-dipolo, sem ponte de hidrogênio? A) \( \mathrm{H_2O} \); B) \( \mathrm{NH_3} \); C) \( \mathrm{HCl} \); D) \( \mathrm{CH_4} \); E) \( \mathrm{HF} \). Gabarito: C. O cloreto de hidrogênio é polar, então tem dipolo-dipolo, mas o hidrogênio está ligado ao cloro, que não entra na regra da ponte de hidrogênio. Água, amônia e fluoreto têm ponte; metano só tem London.

Questão 4. Um vazamento de óleo no mar forma uma mancha na superfície, sem se misturar com a água. A explicação correta envolve: A) o óleo ser polar e a água apolar; B) o óleo ser apolar e a água polar, com pontes de hidrogênio fortes entre as moléculas de água; C) o óleo ser mais denso; D) a água ser apolar; E) forças iônicas no óleo. Gabarito: B. Semelhante dissolve semelhante. A água prefere suas pontes de hidrogênio e expulsa o óleo apolar, que fica em fase separada na superfície.

Questão 5. Entre o butano de cadeia reta e o metilpropano, de mesma fórmula \( \mathrm{C_4H_{10}} \), o de cadeia reta tem ponto de ebulição maior porque: A) tem ponte de hidrogênio; B) é polar; C) tem maior área de contato, logo forças de London mais intensas; D) tem massa menor; E) é iônico. Gabarito: C. Ambos são apolares e só têm London. A cadeia reta encosta mais nas vizinhas, somando mais atrações, e por isso ferve acima da forma ramificada.

Questão 6. Uma lagartixa consegue ficar grudada no teto sem cola. O fenômeno se relaciona principalmente com: A) ligações covalentes com o teto; B) pontes de hidrogênio com o vidro; C) soma de inúmeras forças de London entre as microfibras das patas e a superfície; D) magnetismo; E) ligações iônicas. Gabarito: C. Cada força de London é fraca, mas milhões de contatos microscópicos somam uma adesão forte, sem cola e sem ligação química nova.

Dica do professor

Em prova, antes de marcar, escreva ao lado de cada substância: polar ou apolar, e qual é a força predominante. Depois compare o tamanho. Esse rascunho de dez segundos evita a maioria dos erros. Se aparecer água, fluoreto de hidrogênio ou amônia, desconfie logo da ponte de hidrogênio e do ponto de ebulição anômalo. Se aparecer cadeia carbônica, pense em London e em ramificação.

Atenção e cuidado

Não confunda ferver com decompor: ferver afasta moléculas, não quebra ligações covalentes. Não chame de ponte de hidrogênio qualquer molécula que tenha hidrogênio. E não use a ordem de forças como regra absoluta sem olhar o tamanho da molécula, pois uma molécula apolar grande pode superar uma polar pequena.

Conexão com outras áreas

Na Biologia, as pontes de hidrogênio seguram o DNA e dobram proteínas e explicam por que o gelo flutua e protege a vida aquática. Na Física, tensão superficial, capilaridade e pressão de vapor são o mesmo fenômeno visto por outro ângulo. Na Geografia e no meio ambiente, a insolubilidade do petróleo em água explica manchas de óleo no mar. Na saúde, a polaridade explica a ação do sabão, a absorção de remédios e o acúmulo de gordura nas artérias.