FUERZAS INTRA/ INTERMOLECULARES

COM 21-FRLP-UTN Ing.S.Juanto-Ing.L.Mardones

Origen de las fuerzas intra/ intermoleculares

UNIONES QUIMICAS PRIMARIAS (ENTRE ATOMOS)Enlace covalente polar: en la mayoría de los compuestos orgánicos el átomo de carbono se enlaza a átomos más electronegativos, lo que promueve que los electrones del enlacecovalente sean atraídos con mayor intensidad hacia el átomo más electronegativo.

Esta situación conduce a la polarización del enlace covalente, al estar el par de electronesmás próximo al átomo electronegativo éste sustentará una densidad de carga negativa(δ(−)) (hablamos de densidad de carga ya que la situación no es la de un ión), mientras queel otro átomo del enlace adopta una densidad de carga positiva (δ(+)). Estas densidades sesuelen representar con la letra δ.La polarización de ese enlace se mide mediante su momento dipolar ( μ).

Los momentos dipolares dependen de la diferencia de electronegatividad, pero tambien de la distancia: SON VECTORES.

Momento dipolar de enlace

La polaridad de un enlace se mide con el momento dipolar de enlace, μ Debye]. Estedescriptor fisicoquímico es un vector cuya dirección es la del enlace covalente en estudio, su sentido es hacia el átomo electronegativo (como se muestra en la siguiente figura) y el módulo resulta, simplificadamente, del producto escalar entre la carga en el átomo (la carga positiva o la negativa) y la distancia entre las cargas.

μ= q(carga) x d (distancia entre cargas)

Algunos ejemplos

Momento dipolar molecularLos momentos dipolares de enlace pueden promover la existencia de un momento dipolar molecular. Éste será el resultado de la suma vectorial de los momentos dipolaresde enlace. Por ejemplo, si observamos el Triclorometano (Cloroformo) y lo comparamoscon el Tetraclorometano (Tetracloruro de Carbono):

El momento dipolar molecular, de la molécula de tetracloruro de carbono, es 0. Esto sedebe a que al sumar vectorialmente los momentos dipolares de enlace, se anulan.Efectivamente, es un buen solvente para todas las sustancias covalentes no polares.

Polaridad y propiedades de las moléculas

Dipolo molecular y las propiedades físicas de los compuestos orgánicosEl momento dipolar molecular es un indicador de la polaridad general de una molécula. El momento dipolar molecular (también el de enlace) afectará a las propiedades químicas y físicas de una molécula. Así por ejemplo, el momento dipolar molecular puede ser uno de los responsables de las interacciones intermoleculares de los compuestos orgánicos en estado líquido. Por lo que, si para moléculas de un compuesto, X estas interacciones son más fuerte que para moléculas de un compuesto, Y el punto de ebullición de X será superior al punto de ebullición de Y.

MAYOR DIPOLO MOLECULAR => MAYOR PUNTO DE EBULLICIÓN

P.EJ. COMPARAR propano (GAS) CON propanona,acetona (LIQUIDO) A T AMB.

Para poder predecir las propiedades físico-química de moléculas con una mayor precisión,hay que añadirle efectos que ocurren en la molécula por interacción con los sustituyentes (efecto inductivo), efectos de nubes pi en los orbitales “p” (efectos resonantes) y/o efectos estéricos (efecto de impedimento espacial).

Atracciones intramoleculares e intermoleculares

Las uniones químicas primarias (entre átomos) determinan el tipo de enlace en una sustancia (iónico, covalente polar, covalente no polar). El tipo de enlace determina propiedades como la solubilidad y la conductividad.

Pero las uniones quimicas secundarias se establecen entre moléculas, por lo tanto se trata de sustancias con enlaces covalentes.. Estas uniones explican el punto de fusión, el punto de ebullición y otras propiedades de las sustancias que no son iónicas.Las atracciones moleculares son más débiles que los enlaces covalentes porque no son el resultado de compartir pares de electrones entre átomos

Estas uniones químicas secundarias son:Fuerzas de London (entre moléculas no polares)Dipolo-dipolo (entre moléculas polares)Puente de Hidrógeno

EjemploLos átomos de una molécula se mantienen unidos por enlaces químicos cuya fuerza deunión, es del orden de 150 a 1000 kJ/mol. Otras fuerzas de atracción más débiles,llamadas fuerzas intermoleculares o atracciones intermoleculares, atraen una molécula aotra, pero el orden de magnitud, no es comparable

Para citar un ejemplo, el Metano, requiere de 1656 kJ/mol para romper 4 enlacescovalentes C-H y separar el átomo de C de los cuatro átomos de H. Mientras que para separar dos moléculas de Metano en estado líquido (para pasar al estado gaseoso), solo se requieren 8,9KJ/mol.

La intensidad de las fuerzas intermoleculares disminuye drásticamente al aumentar ladistancia entre las moléculas, por ello en los gases no tienen tanta importancia.Muchas propiedades de los líquidos, incluido su punto de ebullición, reflejan la intensidadde las fuerzas intermoleculares.

Fuerzas intermolecularesOrdenadas de menor a mayor fuerza de atracción

Fuerzas de London Fuerzas Dipolo - Dipolo Fuerzas por puente de Hidrógeno (enlace de Hidrógeno)

Fuerzas de LondonLas fuerzas de London se presentan en todas las sustancias moleculares. Son elresultado de la atracción entre los extremos positivo y negativo de dipolos inducidos en moléculas adyacentes. Cuando los electrones de una molécula adquierenmomentáneamente una distribución no uniforme, provocan que en una molécula vecina se forme momentáneamente un dipolo inducido.Las moléculas con una falta de uniformidad momentánea en la distribución de su carga eléctrica pueden inducir un dipolo en una molécula vecina por un proceso llamado polarización

La intensidad de las fuerzas de London depende de la facilidad con que se polarizan loselectrones de una molécula, y eso depende del número de electrones en la molécula y dela fuerza con que los sujeta la atracción nuclear. En general, cuantos más electrones hayaen una molécula más fácilmente podrá polarizarse. Así, las moléculas más grandes conmuchos electrones son relativamente polarizables. En contraste, las moléculas máspequeñas son menos polarizables porque tienen menos electrones. Las fuerzas de Londonvarían entre aproximadamente 0,05 y 40 kJ/mol.Este efecto también se correlaciona con la masa molecular: cuanto más pesado es unátomo o molécula más electrones tiene: Resulta interesante que la forma moleculartambién puede desempeñar un papel en la formación de las fuerzas de London.

EJEMPLODos de los isómeros del pentano –el pentano de cadena lineal y el 2,2-dimetilpropano (ambos con la fórmula molecular C5H12)- difieren en su punto de ebullición en 27 ºC.

La forma lineal de la molécula de n-pentano, por su linealidad, permite un contacto estrecho con las moléculas adyacentes, mientras que la molécula de 2,2-dimetilpropano, más esférica no permite ese contacto.

Se observa que los alcanos ramificados presentan un punto de ebullición menor que sus isómeros lineales.

Fuerzas Dipolo – Dipolo

Una atracción dipolo-dipolo es una interacción no covalente entre dos moléculas polares o dos grupos polares de la misma molécula si ésta es grande.Las moléculas polares se atraen cuando el extremo positivo de una de ellas está cerca del extremo negativo de la otra, es decir, existe una interacción electrostática de dos moléculas polares, (dipolos).En un líquido las moléculas están muy cercanas entre sí y se atraen por sus fuerzas intermoleculares. Las moléculas deben tener suficiente energía para vencer esas fuerzas de atracción, y hacer que el líquido pueda entrar en ebullición. Si se requiere más energía para vencer las atracciones de las moléculas del líquido A que aquéllas entre las moléculasdel líquido B, el punto de ebullición de A es más alto que el de B. Recíprocamente,menores atracciones intermoleculares dan lugar a puntos de ebullición más bajos

PUENTE DE HIDROGENOEs un tipo especial de interacción dipolo-dipolo entre el átomo de Hidrógeno que está formando un enlace polar, tal como N-H, O-H, ó F-H, y un átomo electronegativo como O,N ó F.

Esta interacción se representa de la forma siguiente:A—H•••B A—H•••A

A y B representan O, N ó F; A-H es una molécula o parte de una molécula y B es parte de otra. La línea de puntos representa el enlace ó Puente de Hidrógeno

. La energía media de un enlace por puente de Hidrógeno es bastante grande para ser una interacción dipolo-dipolo (mayor de 40 KJ/mol). Esto hace que el enlace por puente de Hidrógeno sea una de gran importancia a la hora de la adopción de determinadas estructuras y en las propiedades de muchos compuestos

Los puentes de hidrógeno son especialmente fuertes entre las moléculas de agua y son la causa de muchas de las singulares propiedades de esta sustancia. Los compuestos de Hidrógeno de elementos vecino al Oxígeno y de los miembros de su familia en la tabla periódica, son gases a la temperatura ambiente: CH4, NH3, H2S, H2Te, PH3, HCl. En cambio, el H2O es líquida a temperatura ambiente, lo que indica un alto grado de atracciónintermolecular.

ISÓMEROSIsómerosSe llaman isómeros a dos o más compuestos diferentes que tienen la misma fórmula molecular, pero diferente fórmula estructural/geométrica y diferentes propiedades físicas o químicas.

Isomería Estructural:Los isómeros se diferencian por el orden en que están enlazados los átomos en la molécula.Isomería de cadena: Distinta colocación de algunos átomos enla cadena.Isomería de posición: Distinta posición del grupo funcional.Isomería de función: Distinto grupo funcional.

Estereoisomería:Los isómeros se diferencian por la disposición tridimensional de los átomos en la molécula.Isomería geométrica o cistrans: propia de los compuestos con dobles enlaces. No son imágenes especulares ni son superponibles.Isomería óptica: propia de compuestos con carbonos asimétricos, es decir, con loscuatro sustituyentes diferentes. Sí son imágenes especulares, pero no son superponibles.

Ejercicios de aplicación en la guía de práctica