Vigésimo primera sesión Fuerzas intermoleculares (2)

Vigésimo primera sesiónVigésimo primera sesión

Fuerzas intermoleculares (2)

Fuerzas intermoleculares (12)Fuerzas intermoleculares (12)

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

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

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

Dipolo - Dipolo - dipolodipolo

1/r1/r33 22 Moléculas Moléculas estacionariasestacionarias

1/r1/r66 0.30.3 Moléculas Moléculas rotandorotando

LondonLondon 1/r1/r66 22 Todo tipoTodo tipo

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

Puente (enlace) de HidrógenoPuente (enlace) 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.

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

• 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.

Puente (enlace) de Hidrógeno (3)Puente (enlace) de Hidrógeno (3)

• 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.

Puente (enlace) de Hidrógeno (4)Puente (enlace) de Hidrógeno (4)

• 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

Puente (enlace) de Hidrógeno (5)Puente (enlace) de Hidrógeno (5)

• 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.

Puente (enlace) de Hidrógeno (6)Puente (enlace) de Hidrógeno (6)

• 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 (enlace) de Hidrógeno (7)Puente (enlace) de Hidrógeno (7)

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

Puente (enlace) de Hidrógeno (8)Puente (enlace) de Hidrógeno (8)

• 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.

Puente (enlace) de Hidrógeno (9)Puente (enlace) de Hidrógeno (9)

• 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.

Puente (enlace) de Hidrógeno (10)Puente (enlace) de Hidrógeno (10)

CHCH44

NHNH33

HH22O O

HF HF HH22S S

GasGas

GasGas

LíquidoLíquido

GasGas

GasGas

Puente (enlace) de Hidrógeno (11)Puente (enlace) de Hidrógeno (11)

• 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

Dispersión de LondonDispersión de London

Dipolo inducido – dipolo inducidoDipolo inducido – dipolo inducido

Dispersión de LondonDispersión de London

• 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.

Dispersión de London (3)Dispersión de London (3)

• 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

Dispersión de London (4)Dispersión de London (4)

• 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.

Dispersión de London (5)Dispersión de London (5)

• 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

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

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

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

Dipolo - Dipolo - dipolodipolo

1/r1/r33 22 Moléculas Moléculas estacionariasestacionarias

1/r1/r66 0.30.3 Moléculas Moléculas rotandorotando

LondonLondon 1/r1/r66 22 Todo tipoTodo tipo

Interacción tipo Interacción tipo Lennard-JonesLennard-Jones

Potencial de Lennard-JonesPotencial de Lennard-Jones

• Es un potencial de interacción entre pares, Es un potencial de interacción entre pares, que modela las interacciones tipo Van der que modela las interacciones tipo Van der Waals típicas en los gases nobles, que son Waals típicas en los gases nobles, que son predominantemente de tipo dispersivo.predominantemente de tipo dispersivo.

• El potencial de Lennard-Jones es empírico.El potencial de Lennard-Jones es empírico.

Potencial de Lennard-Jones (2)Potencial de Lennard-Jones (2)

y y son parámetros característicos de cada son parámetros característicos de cada molécula, Vg. Para el agua:molécula, Vg. Para el agua:

= 0.3165555 nm y = 0.3165555 nm y = 0.6501696 kJ/mol = 0.6501696 kJ/mol

Potencial de Lennard-Jones (3)Potencial de Lennard-Jones (3)

• El primer término es repulsivo y el segundo de El primer término es repulsivo y el segundo de atracción.atracción.

• Si gana el primero, las moléculas se repelen Si gana el primero, las moléculas se repelen pues sus núcleos se encuentran muy pues sus núcleos se encuentran muy cercanos.cercanos.

Potencial de Lennard-Jones (4)Potencial de Lennard-Jones (4)

• rr1212 gana cuando las moléculas están muy gana cuando las moléculas están muy juntas.juntas.

• rr66 gana en una mayor separación, pero decae gana en una mayor separación, pero decae muy rápido.muy rápido.

Potencial de Lennard-Jones (5)Potencial de Lennard-Jones (5)

¡Muchas gracias!¡Muchas gracias!