Interacções de van der Waals
Referência : Lima, L.S., (2014) Interações de van der Waals, Rev. Ciência Elem., V2(1):125
Autor: Luis Spencer Lima
Editor: Jorge Gonçalves
DOI: [http://doi.org/10.24927/rce2014.125]
"Interacções (ou forças) de van der Waals" é uma designação genérica não só para as forças, repulsivas ou atractivas, entre moléculas (ou entre diferentes partes da mesma molécula), excluindo as ligações covalentes, mas também para as atracções electrostáticas entre iões e moléculas. As interacções de van der Waals são bastante mais fracas que as ligações covalentes e iónicas e podem ser de três tipos: dipolo permanente–dipolo permanente (forças de Keesom), dipolo permanente–dipolo induzido (forças de Debye) e dipolo induzido–dipolo induzido (forças de dispersão de London). Estas forças são as responsáveis pela atracção entre as moléculas mas, abaixo de uma certa distância aumenta consideravelmente a componente repulsiva, o que evita o colapso das moléculas.
A estas interacções (por vezes, designadas restritivamente ligações intermoleculares) foi atribuído o nome de van der Waals em homenagem ao físico e termodinâmico holandês Johannes Diderik van der Waals, que foi o primeiro a propor a existência de forças intermoleculares aquando do seu trabalho de doutoramento, na segunda metade do século XIX. As diferentes forças que constituem as interacções de van der Waals são descritas em seguida.
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Forças de Keesom ou interacções dipolo permanente–dipolo permanente: foi em 1921 que o físico holandês Willem Keesom desenvolveu o primeiro modelo matemático das interacções dipolo permanente-dipolo permanente, pelo que esta interacção foi assim denominada em sua homenagem. Esta interacção faz-se sentir entre moléculas polares, dada a existência de zonas com excesso de densidade electrónica e outras com deficiência de densidade electrónica. Assim, a interacção entre moléculas polares dá-se por atracção electrostática da parte positiva do dipolo de uma molécula com a parte negativa do dipolo de outra molécula. As ligações de hidrogénio são um caso particular deste tipo de interacções.(†) As forças de Keesom são as mais fortes dos três tipos de forças que constituem as interacções de van der Waals, sendo as ligações de hidrogénio as mais fortes de todas.
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Forças de Debye ou interacções dipolo permanente–dipolo induzido: estas interacções foram denominadas forças de Debye em homenagem ao químico e físico holandês Peter Debye, devido aos seus estudos, descobertas e descrição matemática do fenómeno da formação de dipolos. Esta interacção dá-se quando uma molécula polar se aproxima de uma molécula apolar. Uma extremidade com excesso de carga da molécula polar pode fazer deslocar electrões da molécula apolar para uma das extremidades, conduzindo à formação de um dipolo momentâneo (induzido), resultando assim uma atracção entre os dois dipolos. As forças de Debye são normalmente mais fracas que as forças de Keesom mas mais fortes que as forças de dispersão de London.
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Forças de dispersão de London ou interacções dipolo induzido–dipolo induzido: esta interacção foi descoberta pelo físico teórico alemão naturalizado norte-americano Fritz London, durante os seus estudos sobre a atracção entre dois átomos de um gás nobre, a curta distância um do outro. As forças de London estão presentes em todas as interacções moleculares, sendo as moléculas polares ou não. No caso das moléculas apolares, é a única força presente. Existe uma elevada probabilidade da carga eléctrica estar momentaneamente distribuída de um modo assimétrico na molécula. Tal facto cria zonas com densidade de carga mais acentuada do que noutras, o que pode originar um ou mais dipolos. Ao aproximar-se de uma outra molécula, estes dipolos “auto-induzidos” podem induzir dipolos nessa molécula, dando origem a forças atractivas entre as moléculas. Este tipo de interacção é a mais fraca de todas as forças de van der Waals.
†A interacção ocorre entre um átomo de hidrogénio na zona com deficiência de densidade electrónica (pólo positivo) e um átomo mais electronegativo (em geral, O, N ou F) na zona com excesso de densidade electrónica (pólo negativo).
Criada em 05 de Janeiro de 2010
Revista em 06 de Janeiro de 2011
Aceite pelo editor em 08 de Janeiro de 2011
