FUERZAS INTERMOLECULARES

Transcripción

1 FUERZAS INTERMOLECULARES Dentro de una molécula, los átomos están unidos mediante fuerzas intramoleculares (enlaces iónicos, metálicos o covalentes, principalmente). Estas son las fuerzas que se deben vencer para que se produzca un cambio químico. Son estas fuerzas, por tanto, las que determinan las propiedades químicas de las sustancias. Sin embargo existen otras fuerzas intermoleculares que actúan sobre distintas moléculas o iones y que hacen que éstos se atraigan o se repelan. Estas fuerzas son las que determinan las propiedades físicas de las sustancias como, por ejemplo, el estado de agregación, el punto de fusión y de ebullición, la solubilidad, la tensión superficial, la densidad, etc.

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3 Hidratación hidrofílica: - Disminuye la interacción solutosoluto - Aumenta interacción agua-soluto - Disminuye orden de agua en fase volumen -Favorece dispersión del soluto - Se opone a la agregación del soluto Hidratación hidrofóbica: - Disminuye la interacción agua-agua - Disminuye interacción agua-soluto - Aumenta orden de agua sobre superf. hidrofóbica - Se opone a la dispersión del soluto - Favorece agregación del soluto En medio acuoso, cada molécula de lípido obliga a las moléculas de agua vecinas a adoptar estados más ordenados (las que están sombreadas de color azul) Cuando las moléculas de lípido se agregan, sólo están más ordenadas las moléculas de agua que están en contacto directo con el agregado. Al ser menos, la entropía aumenta.

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6 Carga-Carga: La magnitud de la fuerza electrostática viene definida por la ley de Coulomb y es directamente proporcional a la magnitud de las cargas e inversamente proporcional a la distancia que las separa. Carga-Dipolo: Son las que se establecen entre un ión y una molécula polar. Por ejemplo, el NaCl se disuelve en agua por la atracción que existe entre los iones Na + y Cl - y los correspondientes polos con carga opuesta de la molécula de agua. Esta solvatación de los iones es capaz de vencer las fuerzas que los mantienen juntos en el estado sólido. Dipolo-Dipolo: Una molécula es un dipolo cuando existe una distribución asimétrica de los electrones debido a que la molécula está formada por átomos de distinta electronegatividad. Como consecuencia de ello, los electrones se encuentran preferentemente en las proximidades del átomo más electronegativo. Se crean así dos polos en la molécula. Cuando dos moléculas polares se aproximan, se produce una atracción entre el polo positivo de una de ellas y el negativo de la otra.

7 Los puentes de hidrógeno constituyen un caso especial de interacción dipolo-dipolo. Muchas de las propiedades físicas y químicas del agua se deben a los puentes de hidrógeno. Cada molécula de agua es capaz de formar 4 puentes de hidrógeno. Carga-Dipolo inducido: Tienen lugar entre un ión y una molécula apolar. La proximidad del ión provoca una distorsión en la nube electrónica de la molécula apolar que convierte (de modo transitorio) en una molécula polarizada. Dipolo-Dipolo inducido: Tienen lugar entre una molécula polar y una molécula apolar. En este caso, la carga de una molécula polar provoca una distorsión en la nube electrónica de la molécula apolar y la convierte, de modo transitorio, en un dipolo.

8 Dipolo instantáneo-dipolo inducido: La formación de un dipolo instantáneo en una molécula origina la formación de un dipolo inducido en una molécula vecina de manera que se origina una débil fuerza de atracción entre las dos. Fuerzas de dispersión de London: También se conocen como F. de disp. De London a la interacc. Entre un dipolo fluctuante con una molecula vecina inducida a comportarse también como un dipolo fluctuante: onda de inducción. Cuando se encuentran a una distancia moderada, las moléculas se atraen entre sí pero, cuando sus nubes electrónicas empiezan a solaparse, las moléculas se repelen con fuerza. Las fuerzas de van der Waals engloban colectivamente a las fuerzas de atracción entre las moléculas. Son fuerzas de atracción débiles que se establecen entre moléculas eléctricamente neutras (tanto polares como no polares). Las fuerzas de van der Waals incluyen: Fuerzas dipolo-dipolo (también llamadas fuerzas de Keesom), entre las que se incluyen los puentes de hidrógeno, Fuerzas dipolo-dipolo inducido (también llamadas fuerzas de Debye) y Fuerzas dipolo instantáneo-dipolo inducido y Fuerzas de dispersión o fuerzas de London. A estas fuerzas de dispersión se opone la repulsión electrostática entre las capas electrónicas de dos átomos contiguos. La resultante de estas fuerzas opuestas es una distancia mínima permitida entre los núcleos de dos átomos contiguos que se conoce como radio de Van der Waals.

9 ESTRUCTURAS DE AUTOAGREGACIÓN Permitidas y estabilizadas por factores termodinámicos y geométricos: 1) Número de agregación 2) Energía libre de interacción 3) Restricciones de empaquetamiento 1) Número de agregación Considerando una molécula en 2 estados, por ej. como monómero o en un agregado: G=0 en el equilibrio, y G t = N (µº hc -µº w )= -RT. LnK. (t: transf desde agua a fase agreg. de hc) siendo K= X hc /X w (X= fracción molar) Para hidrocarburos G t º=-2.5 kcal/nm 2 (E que se gana si el monómero va a la fase hc) En equilibrio: µ = µ 1 º + RT.Ln X 1 = µ 2 º + RT.Ln X 2 = µ 3 º + RT.Ln X 3 µ N = µ N º + RT.Ln X N N N N: Nº de agregación, µ N º: pot. quím. de moléc. en agregado, X N : fracción molar de la molec en el agregado Ley de conservación de la masa: ningun Xn puede exceder de 1 Si X N <<<1 todas las moléculas están como monómero Para la formación y estabilidad de un agregado debe ocurrir que para algún valor de N µ N º< µ 1 º Considerando 2 estados posibles: monómero y micela (estruct. atoagreg.) Gmic = (µ N º - µ 1 º) = RT.LnX 1 - RT.Ln X N. N N y para X N <<<1 Gmic RT.LnX 1 RT.Ln CMC Concentración Micelar Crítica A partir de la dependencia de la CMC con la Temperatura se pueden obtener la entalpía y la entropía de micelización: LnCMC = Hºmic 1/T R Gºmic = Hºmic T. Sºmic

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11 2) Energía libre de interacción

12 3) Restricciones de empaquetamiento: requerimientos geométricos Parámetro Crítico de empaquetamiento: Pc= V / a. l (Vol. molecular / área grupo polar x long. cadena hidrocarbonada) <1/3

13 TRANSICIONES DE FASE

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16 MEMBRANA: ensamble multimolecular no-covalente bidimensional de lípidos y proteínas Funciones: - Procesos Bioquímicos. - Procesos Transporte - Procesos de Transducción de Señales Modelo del Mosaico Fluido (Singer and Nicholson, 1972): - Bicapa lipídica asimétrica - Estado fluido y dinámico - Proteinas asociadas (adsorbidas, intrínsecas, unidas covalentemente a lípidos, etc.) : concepto de dominios de membrana. Ultimos avances y desafio para el próximo modelo: Estudios dinámicos, tráfico de membrana y asociación con el citoesqueleto. Tipos de dinámica de lípidos en membranas

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