5.3. Fuerzas intermoleculares
- Ya hemos visto sobre las propiedades y el comportamiento de los gases pero. Sabemos que se pueden condensar al estado líquido, bajando la temperatura o aumentando su presión.
- Según la teoría cinético molecular todo gas al disminuir la temperatura, reduce su velocidad promedio de movimiento y al aumentar la presión, se hace que las moléculas se acerquen más unas a otras.
- Luego, al estar más próximas y moverse con mayor lentitud, se atraen entre sí, “enlazándose” y formando una gota.
- Si la temperatura del líquido siguiera bajando, la velocidad seguiría disminuyendo. A temperaturas suficientemente bajas, las moléculas ya no tienen energía suficiente para moverse, entonces se juntan entre sí, formando un sólido.
Para entender por qué las moléculas de un gas enfriado se convierten en un líquido, debemos considerar la naturaleza de estas fuerzas de atracción entre las moléculas (y átomos).
- Las atracciones entre moléculas se llaman Fuerzas Intermoleculares. Existen otros tipos de atracciones llamadasintramoleculares que son las fuerzas responsables de la unión de los átomos dentro de una molécula, (ésto nos recuerda términos que ya conocemos, como internet e intranet).
- Las fuerzas intermoleculares no son tan fuertes como las fuerzas intramoleculares, así por ejemplo, se requieren41 kJ para vaporizar un 1 mol de agua (inter) y 930 kJ para romper todos los enlaces O-H en 1 mol de agua (intra).
- La intensidad de las fuerzas intermoleculares disminuye drásticamente al aumentar la distancia entre las moléculas, por ello en los gases no tienen tanta importancia.
- Muchas propiedades de los líquidos, incluido su punto de ebullición, reflejan la intensidad de las fuerzas intermoleculares.
Existen tres tipos de fuerzas de atracción entre moléculas:
- Fuerzas de dispersión de London
- Fuerzas dipolo – dipolo
- Fuerzas de puente de hidrógeno (enlace de hidrógeno)
Otro tipo de fuerza de atracción es la fuerza ion-dipolo, que juega un papel importante en las soluciones.
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El orden de magnitud relativa de las fuerzas intermoleculares es:
enlace de hidrógeno > dipolo – dipolo > dispersión de London
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Dipolo: se forma cuando los centros de carga no coinciden, están separados, pero no forman cargas aisladas:
Tomado de http://www.ehu.es/biomoleculas/
Las moléculas polares forman dipolos, por ejemplo el etanol, CH3CH2OH:
 Momento dipolar: la magnitud del momento dipolar se incrementa al aumentar las cargas y la distancia de separación de éstas.
Para más información puedes visitar “momento dipolar” aqui.
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Fuerzas de dispersión de London
- ¿Pueden existir fuerzas intermoleculares entre moléculas no polares?
- Si experimentalmente se consigue licuar los gases no polares, entonces, ¿qué fuerzas son las que actúan sobre las moléculas no polares? Debe existir alguna fuerza que produzca la suficiente atracción para que las moléculas se mantengan unidas entre sí en el estado líquido.
- ¿Qué fuerzas pueden existir entre átomos y moléculas no polares?
El primero en establecer qué tipo de fuerzas de atracción actuaban sobre los gases no polares, que les permitía licuarse, fue Fritz London (1930), quien estableció que: “el movimiento de los electrones en un átomo o molécula, puede crear un momento dipolar instantáneo, suficiente para producir la atracción“.
Observa la siguiente figura:
En un átomo o molécula apolar, debido al movimiento de los electrones, en algún instante hay más e– hacia un lado, que al estar cerca de otro átomo o molécula, los electrones del segundo son repelidos, originándose dos dipolos instantáneos, que originan una fuerza de atracción. Los electrones de ambos átomos o moléculas, continúan moviéndose juntos, de modo que se produce una fuerza de atracción. Para leer más sobre el tema y visualizar algunas animaciones, puedes acceder aquí.
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Se denomina polarizabilidad, a la facilidad con que la distribución electrónica de un átomo o molécula, puede distorsionarse por acción de un campo eléctrico externo. |
Por lo tanto, la polarizabilidad es la medida de la capacidad de distorsión de la nube electrónica, dentro de un átomo o molécula, originando la formación de un dipolo momentáneo.
Un átomo o una molécula, puede distorsionar su nube electrónica ante la presencia de un ion o de un dipolo, originando un dipolo inducido:
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La polarizabilidad se incrementa cuando:
Es decir las moléculas y átomos de mayor peso molecular, son más polarizables. Los dipolos formados por las fuerzas de London, en moléculas apolares, existen en forma momentánea, cambiando rápidamente de magnitud y de dirección.
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Las fuerzas de dispersión de London están presentes en todas las moléculas, sean polares o apolares. |
Fuerzas dipolo – dipolo
Para que existan fuerzas de atracción dipolo-dipolo deben estar presentes moléculas polares.
Las moléculas polares se atraen cuando el extremo positivo de una de ellas está cerca del extremo negativo de la otra:
- Interacción electrostática de dos moléculas polares, (dipolos):
- Interacción de muchos dipolos:
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Enlace de hidrógeno (puente de hidrógeno)
Como hemos visto en la última pate del video, dentro de un mismo grupo de la Tabla Periódica, es común observar que los puntos de ebullición de los compuestos semejantes, que contienen elementos del mismo grupo, aumente conforme se incrementa la masa molar.
En el siguiente gráfico podemos volver a observar cómo varían los puntos de ebullición de los compuestos hidrogenados de los grupos VI A (del oxígeno), curva (1) y los del grupo IV A (del carbono), curva (2):
- en la curva 2 se mantiene la tendencia de que conforme se incrementa la masa molar, aumenta el punto de ebullición,
- en la curva 2 sin embargo, se observa una excepción de la regla, en el caso del agua.
¿Por qué el agua es la excepción a la regla?
Sabemos que un punto de ebullición alto nos indica que las fuerzas de atracción presentes son muy fuertes, en consecuencia, en el agua debe existir una fuerza de atracción muy fuerte y que no está presente en los otros compuestos de la serie.
Estas fuerzas intermoleculares tan intensas, presentes en el agua, se conocen como puentes de hidrógeno o enlaces de hidrógeno.
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El enlace o puente de hidrógeno, es una interacción dipolo-dipolo especial entre:
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El tamaño pequeño de los elementos involucrados y la gran diferencia de electronegatividades producen valores grandes de cargas parciales
y
y
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Las fuerzas del enlace de hidrógeno son más débiles que las debidas a los enlaces químicos, pero son mayores que las otras fuerzas intermoleculares. |
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Ejercicio
Luego de observar el siguiente video, explica brevemente por qué el hielo (agua sólida) posee menor densidad que el agua líquida. |
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Enlaces
Si deseas más información sobre el enlace de hidrógeno, puedes visitar: http://www.ehu.es/biomoleculas/moleculas/fuerzas.htm#fu511 http://www.visionlearning.com/library/modulo_espanol.php?mid=57&l=s&c3= |
Fuerzas ion – dipolo
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Para que exista una fuerza ion-dipolo, necesariamente deben estar presentes:
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Las moléculas polares son dipolos, donde las cargas negativas y positivas no coinciden en un punto central, por ello la orientación preferida de las moléculas polares hacia los iones es:
Tomado de http://blog.espol.edu.ec/ldomingu/quimica/ capitulo-v/ |
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La magnitud de la atracción es mayor:
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Las fuerzas ion-dipolo tienen una especial importancia en las disoluciones de sustancias iónicas en líquidos polares, por ejemplo, NaCl en agua.
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Enlace
Puedes visualizar una simulación de cómo interactúan los dipolos del agua con el compuesto iónico cloruro de sodio, NaCl, si visitas esta página. |