FUERZAS INTERMOLECULARES

Fuerza intermoleculares o fuerzas de Van der Waals Fuerzas entre dipolos permanentes: (a) Fuerzas dipolo-dipolo (B) Fuerzas ion-dipolo (c) Fuerzas dipolo-dipolo inducido Fuerzas de enlace (o puentes) de hidrógeno Fuerzas entre dipolos transitorios: dipolo inducido-dipolo inducido (Fuerzas de dispersión de London)

Las FI son función de......

Las fuerzas intermoleculares son interacciones entre moléculas. Las propiedades físicas de los sólidos y líquidos moleculares (fases condensadas) se deben, en gran medida, a presencia de estas fuerzas. Son fuerzas de interacción electrostática regidas por la ley de Coulomb. 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)

Ley de Coulomb Cuando dos cargas eléctricas de igual magnitud (Q+ y Q-) están separadas por una distancia (d) la fuerza de atracción entre ellas se mide mediante la siguiente fórmula: F k . Q+ . Q- donde k es una constante d2 Obsérvese que a mayor carga, mayor será la fuerza de atracción.

Tipos de fuerzas intermoleculares Fuerzas de dispersión de London. Fuerzas dipolo-dipolo. Fuerzas puente de Hidrógeno. Fuerzas ión-dipolo. Fuerzas ión-dipolo inducido.

Las fuerzas de dispersión de London, las fuerzas dipolo-dipolo y dipolo- dipolo inducido integran las llamadas fuerzas de van der Waals. El puente de hidrógeno es un tipo de interacción dipolo- dipolo particularmente fuerte, que se trata por separado por ser unos pocos los elementos que participan en su formación. Los iones y los dipolos se atraen entre sí mediante fuerzas electrostáticas ión-dipolo que no son fuerzas de van der Waals.

FUERZAS DE DISPERSIÓN DE LONDON Se presenta entre moléculas polares y también en 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. A MAYOR CANTIDAD DE ELECTRONES EN LA MOLÉCULA MAYOR POLARIZABILIDAD DE LA MOLÉCULA MAYOR FUERZA DE LONDON

FUERZAS DIPOLO-DIPOLO  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 (ley de Coulomb) www.chem.unsw.edu.au En los líquidos, las moléculas están en libertad de moverse, pueden encontrarse en orientaciones atractivas o repulsivas. En los sólidos, predominan las atractivas.

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; H2O y NH3. La unión se establece entre los pares de e- libres y el átomo de H. Son fuerzas intermoleculares muy intensas y permanentes. H2O liq. www.virtual.unal.edu.co H2O sól.

PUENTE DE HIDRÓGENO 2 En el gráfico se representan los puntos de ebullición de los compuestos que forma el hidrógeno con algunos no metales. Se observa que los puntos de ebullición del HF, H2O y NH3 son más altos de lo esperado. Esto se debe a la formación de asociaciones moleculares, a causa del enlace por puente de H. 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.

FUERZAS DIPOLO- DIPOLO INDUCIDO Al acercarse un dipolo a una molécula no polar genera sobre ésta una distorsión de la nube de e-, originando un dipolo transitorio. www.chem.unsw.edu.au

FUERZAS IÓN-DIPOLO Son atracciones entre un ión y el polo de carga opuesta de una molécula polar. La magnitud de la atracción aumenta con la carga del ión y la carga del dipolo. www.iesdolmendesoto.org

RESUMIENDO La intensidad de las fuerzas depende de la polaridad de la molécula (mayor carga, mayor fuerza) y de la polarizabilidad de su nube electrónica (mayor cantidad de e-, mayor fuerza). Las fuerzas de London están presentes en todas las moléculas. Las fuerzas dipolo-dipolo se suman a las de London. Los puentes de H se suman a las de London. NINGUNA de estas fuerzas es más intensa que los enlaces iónicos o covalentes.

Las fuerzas intermoleculares son fuerzas de atracción entre átomos o moléculas diferentes del enlace químico. Son las responsables del comportamiento no ideal de los gases, y de la licuefacción de todas las sustancias, incluso de los gases nobles, cuando la temperatura es suficientemente baja

El hecho de que los átomos o moléculas ocupen un determinado espacio se entiende por la existencia de fuerzas repulsivas d Las moléculas no pueden acercarse más Que una determinada distancia d. Si no, aparece una fuerza repulsiva que las aleja una de otra

Al evaporar el agua damos suficiente energía Las fuerzas intermoleculares son mucho más débiles que un enlace químico. Se necesita mucho menos energía para romperlas. Energía para evaporar H2O a 100 ºC = 41 kJ / mol Energía para romper un enlace O – H = 931 kJ / mol Al evaporar el agua damos suficiente energía para superar las fuerzas intermoleculares

Puntos de fusión y de ebullición Solubilidad Densidad Viscosidad Propiedades que dependen de las fuerzas intermoleculares: Puntos de fusión y de ebullición Solubilidad Densidad Viscosidad Cuánto más importantes sean las fuerzas intermoleculares, mayores serán los puntos de fusión y de ebullición, las Densidades de las sustancias y sus viscosidades

Dipolo – dipolo inducido Fuerzas de dispersión Energía Alcance Enlaces de hidrógeno Ión – dipolo Dipolo – dipolo Dipolo – dipolo inducido Fuerzas de dispersión Energía Alcance El alcance es la distancia a la que la atracción entre las moléculas debida a las fuerzas es importante

Fuerzas entre moléculas polares (dipolos permanentes) HCl, HBr, HI… En una sustancia polar, las moléculas tienen momentos dipolares permanentes. El resultado es que las moléculas intentan alinearse con el extremo positivo de un dipolo dirigido hacia los extremos negativos de los dipolos vecinos. + - Esta ordenación parcial de las moléculas puede hacer que una sustancia se mantenga como sólido o líquido a T más altas de las esperadas.

N = O Ejemplo:  Podría esperarse que el punto de ebullición del NO En la molécula de NO (covalente polar) hay una diferencia de EN, y la molécula tiene un pequeño momento dipolar. N O N = O + -  Podría esperarse que el punto de ebullición del NO Fuera intermedio entre el N2 y O2, pero no es así. El NO tiene un punto de ebullición más alto que el N2 y O2 porque el NO tiene un momento dipolar.

Enlace de hidrógeno :Cuando el átomo de hidrógeno está unido a átomos muy electronegativos (F, O, N), queda prácticamente convertido en un protón. Al ser muy pequeño, ese átomo de hidrógeno “desnudo” atrae fuertemente (corta distancia) a la zona de carga negativa de otras moléculas HF H2O NH3

Enlace de hidrógeno en la molécula de agua

Enlace de hidrógeno Este tipo de enlace es el responsable de la existencia del agua en estado líquido y sólido. Estructura del hielo y del agua líquida

Enlaces de hidrógeno en el ADN Apilamiento de las bases. Enlaces de hidrógeno Exterior hidrófilo

Fuerzas entre dipolos transitorios (Fuerzas de London) Los dipolos inducidos se deben a las fluctuaciones de los electrones de una zona a otra de la molécula, siendo más fáciles de formar cuanto más grande sea la molécula: las fuerzas de London aumentan con la masa molecular.

Moléculas o iones interactuantes ¿Participan moléculas polares? NO SI ¿están presentes moléculas polares y tb iones? ¿Participan iones? SI NO SI Hay átomos de H unidos a átomos de N, F, O NO SI Fuerzas ión- dipolo Ej: KBr en H2O Sólo fuerzas de London Ej. Ar (l) I2 (s) Fuerzas dipolo-dipolo Ej: H2S (l) CH3Cl (l) Puente de H Ej: H2O (l) y (s) NH3 y HF

Relación entre los puntos de fusión y de ebullición y las fuerzas intermoleculares Para que se produzcan estos cambios de estado deben debilitarse las fuerzas que mantienen unidas las moléculas Cuando la fuerza intermolecular es mayor, es mayor el punto de fusión y de ebullición de la sustancia.

Polar molecules and dipole-dipole forces. Figure 12.11 Polar molecules and dipole-dipole forces. solid liquid

THE HYDROGEN BOND a dipole-dipole intermolecular force A hydrogen bond may occur when an H atom in a molecule, bound to small highly electronegative atom with lone pairs of electrons, is attracted to the lone pairs in another molecule. The elements which are so electronegative are N, O, and F. hydrogen bond donor hydrogen bond acceptor .. N H .. F O .. .. H O hydrogen bond acceptor hydrogen bond donor F H .. N .. hydrogen bond acceptor hydrogen bond donor

Dipole moment and boiling point. Figure 12.12 Dipole moment and boiling point.

Hydrogen bonding and boiling point. Figure 12.13 Hydrogen bonding and boiling point.

Energías involucradas entre las moléculas

Polarizability and Charged-Induced Dipole Forces distortion of an electron cloud Polarizability increases down a group size increases and the larger electron clouds are further from the nucleus Polarizability decreases left to right across a period increasing Zeff shrinks atomic size and holds the electrons more tightly Cations are less polarizable than their parent atom because they are smaller. Anions are more polarizable than their parent atom because they are larger.

Dispersion forces among non polar molecules. Figure 12.14 Dispersion forces among non polar molecules. separated Cl2 molecules instantaneous dipoles

Molecular shape and boiling point. Figure 12.16 Molecular shape and boiling point. fewer points for dispersion forces to act more points for dispersion forces to act