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FUERZAS
INTERMOLECULARES
Miguel Angel Ramírez Ortiz – Química General – 351011 – 29/09/
Fuerzas Intermoleculares
Las fuerzas intermoleculares son las fuerzas que actúan entre moléculas y son esenciales para determinar las propiedades físicas de las sustancias, como la cohesión entre moléculas, lo que influye en los diferentes estados de la materia (sólido, líquido y gas). Estas fuerzas son clave para que las moléculas se mantengan unidas entre sí, y su magnitud afecta propiedades como el punto de ebullición y fusión. Cuanto más fuertes sean
. estas fuerzas, más difícil será separar las moléculas, lo que afecta el estado de la materia. Química General. Principios y aplicaciones modernas. (Petrucci et al., 2011). Sin embargo, aunque las fuerzas intermoleculares contribuyen a mantener la cohesión y estructura entre moléculas, la forma y el volumen de un cuerpo también dependen de otros factores, como la disposición de las moléculas y las fuerzas intramoleculares (las que mantienen unidos los átomos dentro de una molécula).
Fuerzas de Van der Waals
Las fuerzas dipolo-dipolo, dipolo-dipolo inducido y las fuerzas de dispersión integran lo que los químicos denominan fuerzas de van der Waals, nombradas así en reconocimiento al físico holandés Johannes van der Waals. Química Duodécima edición (Raymond Chang et al., 2017). Las fuerzas de van der Waals son fundamentales en la química y la biología, ya que influyen en la interacción entre moléculas y, por ende, en sus propiedades físicas. Aunque son significativamente más débiles que los enlaces covalentes y iónicos, estas fuerzas permiten la formación de estructuras complejas, como las proteínas y el ADN, que son esenciales para la vida.
Dipolos instantáneos y dipolos inducidos
Figura 1.1 Fuerzas intermoleculares.
Los dipolos instantáneos y los dipolos inducidos son conceptos clave para entender las fuerzas intermoleculares. Un dipolo instantáneo se forma cuando, por azar, los electrones de un átomo o molécula se concentran en una región, creando un momento dipolar temporal. Esta polaridad puede inducir un dipolo en una molécula vecina, generando así una atracción intermolecular. Estas interacciones, conocidas como fuerzas de dispersión o fuerzas de London, son más pronunciadas en moléculas con alta polarizabilidad, que tiende a aumentar con el tamaño molecular. Las fuerzas de dispersión son responsables de que los puntos de fusión y ebullición de las sustancias moleculares generalmente aumenten con la masa molecular. Además, la forma molecular influye en la intensidad de estas fuerzas; las moléculas alargadas son más polarizables que las compactas, lo que puede resultar en propiedades físicas diferentes entre isómeros. Química General. Principios y aplicaciones modernas. (Petrucci et al., 2011).
Interacciones dipolo-dipolo
Las interacciones dipolo-dipolo son fuerzas que ocurren entre moléculas polares, donde se presentan momentos dipolares permanentes. En estas moléculas, una diferencia de electronegatividad entre los átomos crea un desplazamiento en la densidad de carga, resultando en un extremo parcialmente positivo y otro parcialmente negativo. Esta polaridad provoca que las moléculas tiendan a orientarse de tal manera que el extremo positivo de un dipolo esté alineado con el extremo negativo de otro, generando así una atracción electrostática entre ellos. Química General. Principios y aplicaciones modernas. (Petrucci et al., 2011).
Influencia de la Temperatura
Es interesante destacar que la temperatura puede afectar las interacciones dipolo-dipolo. A temperaturas más altas, la energía cinética de las moléculas aumenta, lo que puede disminuir la eficacia de estas interacciones al permitir que las moléculas se muevan más libremente. Esto puede resultar en cambios en el estado físico de una sustancia, como la transición de un sólido a un líquido, donde las interacciones dipolo-dipolo pueden ser superadas por la energía térmica.
Enlaces de hidrogeno
En un enlace de hidrógeno un átomo de H se une covalentemente a un átomo muy electronegativo que atrae la densidad electrónica del núcleo de H. Esto permite a su vez que el núcleo de H, un protón, sea atraído simultáneamente por un par solitario de electrones de un átomo muy electronegativo de una molécula vecina. Los enlaces de Hidrogeno son posibles solo en algunos compuestos que contienen hidrogeno, ya que el resto tiene electrones en las capas internas para proteger sus núcleos de la atracción de los pares de electrones solitarios de los átomos cercanos. Solo los átomos de F, O y N cumplen los requerimientos necesarios para la formación del enlace de hidrogeno. Aun que ocasionalmente se encuentran enlaces de hidrogeno débiles entre un átomo de H de una molécula y un átomo de Cl o S en una molécula cercana. En comparación con otras fuerzas intermoleculares, los enlaces de hidrogeno son relativamente fuertes, sus energías son del orden de 15 a 40kJ/mol. Así mismo, los enlaces covalentes sencillos son todavía mucho más fuertes, mayores de 150kJ mol-^1. Figura 1. 2 Demostración gráfica de los enlaces de hidrogeno (línea punteada roja). Enlace de hidrogeno en el agua El agua es la sustancia más común en la que se da el enlace de hidrogeno. En el hielo, los enlaces de hidrogeno mantienen a las moléculas de agua en una estructura rígida pero bastante abierta. Cuando el hielo se funde, solo se rompe una fracción de enlaces de hidrogeno. La estructura abierta del hielo proporciona al hielo una densidad baja. Cuando el hielo se funde, algunos enlaces de hidrogeno se rompen. Esto permite a las moléculas de agua estar ordenadas de
forma mas compacta, lo que justifica el aumento de densidad cuando el hielo se funde. Es decir, el número de moléculas de H 2 O por unidad de volumen es mayor en el liquido que en el sólido. Cuando el agua se calienta por encima del punto de fusión, los enlaces de hidrogeno continúan rompiéndose, lo que provoca que las moléculas se empaqueten mas y la densidad del agua líquida continue aumentando. Enlace de hidrogeno intermolecular e intramolecular Los tipos de enlace de hidrogeno anteriores implican una fuerza intermolecular entre dos moléculas, y se denomina enlace de hidrogeno intermolecular. En cambio, un enlace de hidrogeno intramolecular, es exactamente el mismo enlace, es decir, un átomo de hidrogeno que se une a un átomo muy electronegativo, con la diferencia de que este ocurre dentro de la misma molécula. De manera concisa: Intermolecular: de una molécula a otra. Intramolecular: dentro de la misma molécula. Química General. Principios y aplicaciones modernas. (Petrucci et al., 2011).
Fuerzas de dispersión (Fuerzas de London)
Son un tipo de fuerza intermolecular débil que surge debido a las fluctuaciones temporales en la distribución de electrones dentro de los átomos o moléculas. Estas fluctuaciones generan dipolos temporales que inducen dipolos en moléculas vecinas, lo que resulta en una atracción entre las moléculas. A pesar de su debilidad, las fuerzas de dispersión juegan un papel crucial en la condensación de gases y en la cohesión de sustancias moleculares no polares. A mayor tamaño de la molécula o átomo, mayor es la polarizabilidad, lo que significa que la nube electrónica puede deformarse más fácilmente, aumentando la intensidad de las fuerzas de London. Por ello los compuestos con mayor masa molecular tienden a tener mayores puntos de ebullición debido al aumento de estas fuerzas de dispersión.
