Vigésima sesión Fuerzas Intermoleculares. Introducción Las fuerzas que unen a los átomos en una...

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Fuerzas IntermolecularesFuerzas Intermoleculares

IntroducciónIntroducción

• Las fuerzas que unen a los átomos en una Las fuerzas que unen a los átomos en una molécula se deben al enlace químico.molécula se deben al enlace químico.

• La energía requerida para romper este tipo La energía requerida para romper este tipo de enlaces se llama energía de enlace o de enlaces se llama energía de enlace o energía de unión.energía de unión.

Energías de enlace (en KJ/mol)Energías de enlace (en KJ/mol)

H-HH-H 436436 C-CC-C 348348

O-H en O-H en aguaagua

463 463 C=CC=C 614614

O-OO-O 145145 CCCC 839839

O=OO=O 498498 NNNN 945945

Fuerzas intermolecularesFuerzas intermoleculares

• Las fuerzas intermoleculares, son fuerzas Las fuerzas intermoleculares, son fuerzas entre las moléculas que han completado sus entre las moléculas que han completado sus requerimientos de valencia y por lo tanto ya requerimientos de valencia y por lo tanto ya no tienen tendencia a formar enlaces.no tienen tendencia a formar enlaces.

• Las fuerzas intermoleculares pueden ser de Las fuerzas intermoleculares pueden ser de atracción o de repulsión.atracción o de repulsión.

Fuerzas intermoleculares (2)Fuerzas intermoleculares (2)

• A distancias cortas A distancias cortas (cuando las (cuando las moléculas están en moléculas están en contacto) la contacto) la repulsión siempre repulsión siempre domina.domina.


• Interesan las fuerzas de atracción.Interesan las fuerzas de atracción.• Las fuerzas intermoleculares de atracción Las fuerzas intermoleculares de atracción

mantienen juntas a las mantienen juntas a las moléculasmoléculas..• La energía que se requiere para separar La energía que se requiere para separar

moléculas es mucho menor que la energía moléculas es mucho menor que la energía para romper un enlace químico.para romper un enlace químico.


• Ejemplo:Ejemplo:– Para romper el enlace H-Cl se requieren Para romper el enlace H-Cl se requieren

431 kJ/mol.431 kJ/mol.– En cambio, para evaporar el HCl líquido En cambio, para evaporar el HCl líquido

solamente se requieren solamente se requieren 16 kJ/mol.16 kJ/mol.


• La existencia de las fuerzas intermoleculares La existencia de las fuerzas intermoleculares se refleja en la existencia de materia se refleja en la existencia de materia condensada (estados de agregación líquido y condensada (estados de agregación líquido y sólido).sólido).

• Las fuerzas intermoleculares determinan Las fuerzas intermoleculares determinan algunas de las propiedades físicas de las algunas de las propiedades físicas de las substancias, como su puntos de ebullición y substancias, como su puntos de ebullición y de fusión.de fusión.


• Fuerzas de atracción entre moléculas Fuerzas de atracción entre moléculas neutras:neutras:– Puente de hidrógeno.Puente de hidrógeno.– Fuerzas de Van der WaalsFuerzas de Van der Waals

• Dipolo – dipoloDipolo – dipolo• Dipolo – dipolo inducidoDipolo – dipolo inducido• Dipolo inducido – dipolo inducido o Dipolo inducido – dipolo inducido o

dispersión de Londondispersión de London


• Fuerzas de atracción entre moléculas Fuerzas de atracción entre moléculas cargadas (iones).cargadas (iones).– Ión - iónIón - ión

• Fuerzas de atracción entre moléculas Fuerzas de atracción entre moléculas neutras y cargadas (iones).neutras y cargadas (iones).– Ión - dipoloIón - dipolo

Interacciones ión-iónInteracciones ión-ión

• Las interacciones más fuertes son las ión – Las interacciones más fuertes son las ión – ión (entre especies cargadas).ión (entre especies cargadas).

• Las energías son generalmente del orden de Las energías son generalmente del orden de 200 - 400 kJ/mol en los sólidos iónicos.200 - 400 kJ/mol en los sólidos iónicos.

Interacciones ión-ión (2)Interacciones ión-ión (2)

• Varían como 1/rVarían como 1/r


Tipo de Tipo de interaccióninteracción

Dependencia Dependencia de la de la

distanciadistancia

Energías Energías típicas típicas

(kJ/mol)(kJ/mol)

ComentarioComentario

Ión - iónIón - ión 1/r1/r 200200 Solo entre Solo entre ionesiones

Interacciones ión-dipoloInteracciones ión-dipolo

• Las moléculas polares pueden interactuar Las moléculas polares pueden interactuar con iones (Vg. hidratación de los iones en con iones (Vg. hidratación de los iones en agua).agua).

• Las energías son generalmente del orden de Las energías son generalmente del orden de 15 a 20 kJ/mole.15 a 20 kJ/mole.

Interacciones ión-dipolo (2)Interacciones ión-dipolo (2)

• Varían como 1/rVarían como 1/r22

SolvataciónSolvatación




distanciadistancia


(kJ/mol)(kJ/mol)



Ión - dipoloIón - dipolo 1/r1/r22 1515 SolvataciónSolvatación

Interacciones dipolo-dipoloInteracciones dipolo-dipolo

• Las moléculas polares pueden interactuar Las moléculas polares pueden interactuar con otras moléculas polares.con otras moléculas polares.

• Las energías son generalmente del orden de Las energías son generalmente del orden de 2 kJ/mol en sólidos y de 0.3 kJ/mol en 2 kJ/mol en sólidos y de 0.3 kJ/mol en fluidos.fluidos.

• Varían como 1/rVarían como 1/r33 en un sólido y como 1/r en un sólido y como 1/r66 en en un fluido (en el que las moléculas rotan).un fluido (en el que las moléculas rotan).

Interacciones dipolo-dipoloInteracciones dipolo-dipolo

• SólidoSólido

• FluidoFluido




distanciadistancia


(kJ/mol)(kJ/mol)




Dipolo - Dipolo - dipolodipolo

1/r1/r33 22 Moléculas Moléculas estacionariasestacionarias

1/r1/r66 0.30.3 Moléculas Moléculas rotandorotando

Dispersión de LondonDispersión de London

• Dipolo inducido – dipolo inducido.Dipolo inducido – dipolo inducido.• Todo tipo de moléculas.Todo tipo de moléculas.• Las energías son generalmente del orden de Las energías son generalmente del orden de

2 kJ/mol.2 kJ/mol.• Varían como 1/rVarían como 1/r66




distanciadistancia


(kJ/mol)(kJ/mol)







LondonLondon 1/r1/r66 22 Todo tipoTodo tipo

Puente de HidrógenoPuente de Hidrógeno

• O enlace de hidrógeno.O enlace de hidrógeno.• Un átomo de hidrógeno en un enlace polar Un átomo de hidrógeno en un enlace polar

puede experimentar una fuerza de atracción puede experimentar una fuerza de atracción con una molécula que tenga un elemento con una molécula que tenga un elemento muy electronegativo con pares de electrones muy electronegativo con pares de electrones no compartidos.no compartidos.

Puente de Hidrógeno (2)Puente de Hidrógeno (2)

• Se presenta principalmente en los enlacesSe presenta principalmente en los enlaces

H-F, H-O, H-NH-F, H-O, H-N• Donde F, O y N son muy electronegativos.Donde F, O y N son muy electronegativos.




distanciadistancia


(kJ/mol)(kJ/mol)



Puente de HPuente de H 2020 A-H…BA-H…B






Puente de Hidrógeno o Puente de Hidrógeno o enlace de Hidrógenoenlace de Hidrógeno

Puente de HidrógenoPuente de Hidrógeno

• Un puente de Hidrógeno es un enlace de la Un puente de Hidrógeno es un enlace de la forma:forma:

A-H…BA-H…B• Donde A y B son en general átomos de N, O Donde A y B son en general átomos de N, O

o F que son los elementos más o F que son los elementos más electronegativos.electronegativos.


• En ocasiones se pueden observar enlaces de En ocasiones se pueden observar enlaces de Hidrógeno débiles con elementos menos Hidrógeno débiles con elementos menos electronegativos como el S y el Cl.electronegativos como el S y el Cl.


• Un enlace entre el hidrógeno y un átomo muy Un enlace entre el hidrógeno y un átomo muy electronegativo es muy polar:electronegativo es muy polar:

• Por lo que el enlace de Hidrógeno se Por lo que el enlace de Hidrógeno se considera un enlace dipolo – dipolo.considera un enlace dipolo – dipolo.


• Pero, la forma más sencilla de visualizar un Pero, la forma más sencilla de visualizar un enlace de Hidrógeno es como una enlace de Hidrógeno es como una interacción electrostática entre el protón del interacción electrostática entre el protón del enlace A-H y el par solitario de Benlace A-H y el par solitario de B


• El H no tiene El H no tiene electrones internos, electrones internos, de tal manera que de tal manera que por la polarización por la polarización es prácticamente un es prácticamente un protón con un protón con un orbital 1s vacío.orbital 1s vacío.


• Los enlaces de Hidrógeno varían desde 4 Los enlaces de Hidrógeno varían desde 4 kJ/mol hasta 25 kJ/mol, de tal manera que kJ/mol hasta 25 kJ/mol, de tal manera que son más débiles que los enlaces covalentes son más débiles que los enlaces covalentes típicostípicos

• Pero son más fuertes que las interacciones Pero son más fuertes que las interacciones dipolo - dipolo y que las fuerzas de dipolo - dipolo y que las fuerzas de dispersión. dispersión.


Puente de Puente de HidrógenoHidrógeno

Energía de EnlaceEnergía de Enlace

(kJ/mol)(kJ/mol)

HS-H…SH2HS-H…SH2 77

H2N-H…NH3H2N-H…NH3 1717

HO-H…OH2HO-H…OH2 2222


• La formación de puentes de hidrógeno es la La formación de puentes de hidrógeno es la responsable de un gran número de responsable de un gran número de propiedades físicas o de “anomalías” en el propiedades físicas o de “anomalías” en el comportamiento de algunas substancias, comportamiento de algunas substancias, especialmente del Hespecialmente del H22O.O.


• Por ejemplo:Por ejemplo:• El agua es muy poco volátil comparada con El agua es muy poco volátil comparada con

el ácido sulfhídrico que es un gas a el ácido sulfhídrico que es un gas a temperatura ambiente.temperatura ambiente.


CHCH44

NHNH33

HH22O O

HF HF HH22S S

GasGas

GasGas

LíquidoLíquido

GasGas

GasGas


• Otro ejemplo es la Otro ejemplo es la menor densidad del menor densidad del agua sólida agua sólida comparada con la comparada con la del agua líquida.del agua líquida.

Moléculas de HMoléculas de H22O en:O en:

El estado líquido El estado sólido

En generalEn general

• Los puentes de Hidrógeno:Los puentes de Hidrógeno:– Reducen la presión de vapor.Reducen la presión de vapor.– Aumentan los puntos de ebulliciónAumentan los puntos de ebullición– Aumentan la viscosidadAumentan la viscosidad– Afectan la organización conformacional, Afectan la organización conformacional,

especialmente en moléculas de interés especialmente en moléculas de interés biológico.biológico.

Estructura secundaria de las Estructura secundaria de las proteínasproteínas

Interacción dipolo - dipoloInteracción dipolo - dipolo

Dipolo - DipoloDipolo - Dipolo

• Las fuerzas dipolo – dipolo se presentan Las fuerzas dipolo – dipolo se presentan entre moléculas polares neutras.entre moléculas polares neutras.

• Éstas se atraen unas a otras cuando la carga Éstas se atraen unas a otras cuando la carga parcial positiva de una de ellas está cerca de parcial positiva de una de ellas está cerca de la carga parcial negativa de la otra.la carga parcial negativa de la otra.

Dipolo - DipoloDipolo - Dipolo

• Las fuerzas dipolo – dipolo se incrementan Las fuerzas dipolo – dipolo se incrementan con el incremento de la polarización.con el incremento de la polarización.

• Son de muy corto alcance (1/rSon de muy corto alcance (1/r33 en sólidos y en sólidos y 1/r1/r66 en fluidos). en fluidos).

• En fluidos, la rotación de las moléculas En fluidos, la rotación de las moléculas hacen que de lejos parezcan neutras para las hacen que de lejos parezcan neutras para las otras moléculas.otras moléculas.

EfectosEfectos

• Los puntos de ebullición se incrementan Los puntos de ebullición se incrementan para moléculas polares de masa similar, para moléculas polares de masa similar, cuando se incrementa el momento dipolarcuando se incrementa el momento dipolar..

Interacción dipolo – Interacción dipolo – dipolo inducidodipolo inducido

Dipolo – dipolo inducidoDipolo – dipolo inducido

• Una molécula polar, cerca de una molécula Una molécula polar, cerca de una molécula (o átomo) polarizable interactúa con el dipolo (o átomo) polarizable interactúa con el dipolo que induce en esta última.que induce en esta última.

• Dado que la magnitud del momento dipolar Dado que la magnitud del momento dipolar inducido es proporcional a la polarizabilidad inducido es proporcional a la polarizabilidad de la molécula (de la molécula (), la fuerza de la interacción ), la fuerza de la interacción es proporcional a es proporcional a ..

El átomo esférico no presenta dipolo

Cuando se acerca una molécula polar el átomo se polariza y se

forma un dipolo


Dipolo inducido – dipolo inducidoDipolo inducido – dipolo inducido


• Las moléculas no polares parecen no tener Las moléculas no polares parecen no tener posibilidad de mostrar fuerzas de atracción posibilidad de mostrar fuerzas de atracción entre ellas.entre ellas.

• Sin embargo, los gases pueden licuarse, de Sin embargo, los gases pueden licuarse, de tal manera que alguna fuerza de atracción tal manera que alguna fuerza de atracción debe haber.debe haber.

• Fritz London (1900 - Fritz London (1900 - 1954).1954).

• En 1930:En 1930:

Dispersión de London (2)Dispersión de London (2)

• La fuerza de dispersión de London es una La fuerza de dispersión de London es una fuerza de atracción temporal que surge fuerza de atracción temporal que surge cuando los electrones de dos átomos cuando los electrones de dos átomos neutros adyacentes ocupan posiciones que neutros adyacentes ocupan posiciones que hacen que se formen dipolos temporales.hacen que se formen dipolos temporales.

• Estas fuerzas también se conocen como Estas fuerzas también se conocen como dipolo inducido – dipolo inducido. dipolo inducido – dipolo inducido.


• Debido al constante movimiento de los Debido al constante movimiento de los electrones, un átomo o una molécula pueden electrones, un átomo o una molécula pueden presentar dipolos instantáneos cuando los presentar dipolos instantáneos cuando los electrones no están simétricamente electrones no están simétricamente distribuidosdistribuidos

núcleos

electrones

Distribuciónsimétrica

Distribuciónasimétrica


• Un segundo átomo o molécula puede Un segundo átomo o molécula puede distorsionarse por la aparición de dipolo, lo distorsionarse por la aparición de dipolo, lo que lleva a la atracción entre las dos que lleva a la atracción entre las dos especies.especies.


• La dispersión de London es la fuerza La dispersión de London es la fuerza intermolecular más débil.intermolecular más débil.

• Es la causante de que incluso el He pueda Es la causante de que incluso el He pueda licuarse.licuarse.

Fuerzas intermolecularesFuerzas intermoleculares



distanciadistancia


(kJ/mol)(kJ/mol)



Puente de HPuente de H 2020 A-H…BA-H…B






¡Muchas gracias!¡Muchas gracias!

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