FUERZAS INTERMOLECULARES

Transcripción

1 FUERZAS INTERMOLECULARES FUERZAS INTRAMOLECULARES: Fuerzas que se dan en el interior de las moléculas :Enlace Químico. FUERZAS INTERMOLECULARES: Interacciones entre moléculas. Mantienen unidas las moléculas de las sustancias covalentes, permitiendo que aparezcan en estado sólido o líquido o que se disuelvan en otras sustancias. LA FUERZA DE ATRACCIÓN ELECTROSTÁTICA, mantiene unido a los iones en estado sólido Las fuerzas intermoleculares, son fuerzas entre las moléculas que han completado sus requerimientos de valencia y por lo tanto ya no tienen tendencia a formar enlaces. En todos los casos, se trata de fuerzas cuya energía de enlace es menor que la correspondiente a la energía del enlace intramolecular (covalente, iónico La energía que se requiere para separar moléculas es mucho menor que la energía para romper un enlace químico. Ejemplo: Para romper el enlace H-Cl se requieren 431 kj/mol. En cambio, para evaporar el HCL líquido solamente se requieren 16 kj/mol. Las fuerzas intermoleculares determinan algunas de las propiedades físicas de las substancias, como su puntos de ebullición y de fusión. La existencia de las fuerzas intermoleculares se refleja en la existencia de materia condensada (estados de agregación líquido y sólido).

2 Se dividen en dos grandes grupos: Fuerzas ión dipolo (electrotática) Fuerzas de van der Waals dipolo dipolo Puente de Hidrógeno dipolo dipolo inducido Fuerzas de dispersión (fuerzas de London

3 FUERZAS DIPOLO-DIPOLO Las interacciones dipolo-dipolo permanentes, existen entre las moléculas covalentes polares, debido a la atracción de la zona de densidad positiva de una molécula y la zona de densidad negativa de otra Las moléculas polares se atraen cuando el extremo positivo de una de ellas está cerca del negativo de otra. Se establecen atracciones cuya intensidad depende de la carga de su dipolo En los líquidos, las moléculas están en libertad de moverse, pueden encontrarse en orientaciones atractivas o repulsivas. En los sólidos, predominan las atractivas Efectos Los puntos de ebullición se incrementan para moléculas polares de masa similar, cuando se incrementa el momento dipolar PUENTE DE HIDRÓGENO Son un tipo especial de atracción dipolo-dipolo. Ocurre en moléculas muy polares que poseen átomos muy electronegativos (F, O, N) unidos a hidrógeno. Ejemplos: HF; H 2 O y NH 3. La unión se establece entre los pares de e- libres y el átomo de H. Son fuerzas intermoleculares muy intensas y permanentes H 2 O liquida H 2 O solida

4 Son más fuertes que las interacciones dipolo - dipolo y que las fuerzas de dispersión. La formación de puentes de hidrógeno es la responsable de un gran número de propiedades físicas o de anomalías en el comportamiento de algunas substancias, especialmente del H 2 O. Fuerzas de este tipo también están presentes en compuestos como alcoholes, azúcares, ácidos orgánicos, etc., y es la causa de las relativamente altas temperaturas de fusión y ebullición de estos compuestos. CH 4 Gas NH Gas 3 H O Líquido 2 HF Gas H 2 S Gas Este enlace es responsable de los puntos de fusión y ebullición inusualmente altos de compuestos tales como el HF, el H 2 O y el NH 3, en comparación con compuestos del hidrógeno con los otros elementos del grupo VII A (17), VI A (16) y V A (15) respectivamente (Figura II.15)

5 La diferencia de electronegatividad entre el hidrógeno y el carbono (grupo IV A) es pequeña y no hay pares de electrones no compartidos sobre el carbono; por lo tanto, el CH 4 no posee enlace de hidrógeno Discutiremos ahora cómo la formación de enlaces de hidrógeno similares explica las propiedades anormales del agua. En este caso, como hay dos átomos de hidrógeno unidos a cada átomo de oxígeno, y cada uno de éstos tiene dos pares de electrones aislados donde pueden adherirse los puentes de hidrógeno, es posible que cada molécula de agua esté rodeada por otras cuatro conectadas con la molécula central por puentes de hidrógeno. Esta estructura existe, en efecto, en el hielo, donde cada cristal está formado prácticamente por una molécula grande, ya que cada unidad H 2 O se encuentra unida a otras cuatro. Después de la fusión persiste la misma estructura en gran parte en el agua líquida en la vecindad de 0º C, pero a medida que la temperatura se eleva se produce en parte la ruptura de los puentes de hidrógeno. No obstante, en el agua líquida, a temperaturas ordinarias, existe aún una complejidad considerable, puesto que en todo momento cada unidad H 2 O se halla unida por puentes de hidrógeno a otras dos o tres unidades. Aunque probablemente hay un continuo intercambio entre las moléculas del líquido, es evidente que existen en el agua estructuras que comprenden un gran número de moléculas, aunque no definido. Como el oxígeno es menos electronegativo que el flúor, el vapor de agua consiste en moléculas simples, sin puentes de hidrógeno; eso mismo parece suceder en el amoníaco gaseoso En General Los puentes de Hidrógeno: Reducen la presión de vapor. Aumentan los puntos de ebullición Aumentan la viscosidad Afectan la organización conformacional, especialmente en moléculas de interés biológico PROTEINAS

6 Fuerzas ión dipolo Una fuerza ion - dipolo existe entre un ión y la carga parcial de signo opuesto del extremo de una molécula polar La energía de interacción, E, entre un ión y un dipolo, depende de la carga del ión, Q, y del momento dipolar,, y de la distancia, d, del centro del ión al punto medio del dipolo E Q / d 2 Las fuerzas ión-dipolo son especialmente importantes en disoluciones de sustancias iónicas en líquidos polares. Por ejemplo, en una disolución acuosa de NaCl, los iones Na+ y Cl - se rodean de moléculas de agua actuando como un aislante eléctrico que mantiene a los iones separados FUERZAS DE DISPERSIÓN DE LONDON Las moléculas no polares parecen no tener posibilidad de mostrar fuerzas de atracción entre ellas. Sin embargo, los gases pueden licuarse, de tal manera que alguna fuerza de atracción debe haberse presenta, básicamente, entre moléculas no polares (únicas fuerzas en las no polares). Al acercarse dos moléculas se origina una distorsión de la nube de electrones en ambas, generándose dipolos transitorios. La intensidad de la fuerza depende de la cantidad de e- de la molécula. Se habla de un Dipolo inducido Dipolo inducido La dispersión de London es la fuerza intermolecular más débil.es la causante de que incluso el He pueda licuarseen una molécula de He, los electrones se mueven a cierta distancia del núcleo, en cualquier instante puede darse que la molécula tenga un momento dipolar

7 creado por las posiciones específicas de los electrones. Este momento dipolar se llama momento instantáneo porque solo dura una fracción pequeñísima de segundo; en el siguiente instante los electrones están en diferentes posiciones y la molécula tiene un nuevo dipolo instantáneo y así sucesivamente. Estos momentos dipolares inducidos hacen que las moléculas no polares se atraigan entre sí. Fuerzas de ión-dipolo inducido Un ion puede alterar la densidad electrónica de un átomo o una molécula no polar que se encuentra en su cercanía. La distribución electrónica del átomo se distorsiona por la atracción ejercida, si el ión es positivo o por la repulsión ejercida, si el ión es negativo, resultando la formación de un dipolo inducido La fortaleza de la interacción también depende de la carga del ion y de la polarizabilidad de la molécula. Así, cuanto más esparcida esté la nube electrónica en el volumen molecular mayor será su polarizabilidad FUERZAS DIPOLO- DIPOLO INDUCIDO Semejante al caso anterior con la diferencia que la partícula inductora es una molécula polar en lugar de un ion Al acercarse un dipolo a una molécula no polar genera sobre ésta una distorsión(polarización) de la nube de e-, originando un dipolo transitorio El átomo esférico no presenta dipolo se polariza y se forma un dipolo Cuando se acerca una molécula polar el átomo

8 EJEMPLOS

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