Fuerzas Intermoleculares

Emmanuel Lara Abello

25461217

Aldemar Gordillo Galeano

Taller de ciencia y tecnología de materiales

2015-1

Ingeniería industrial

Bogotá D.C. viernes 20 de marzo de 2015

Desde la antigüedad la teorización de la existencia del átomo en el siglo V a.c.

como un concepto filosófico planteado por los filósofos atomistas buscaba

explicar la composición de la materia, dicho concepto se mantuvo escondido

por más de 2000 años hasta que en el año 1808 con los trabajos del Químico y

matemático británico John Dalton lo volvió a usar dándole una explicación más

científica basándose en avances tecnológicos de la época, dicho modelo se fue

mejorando a través de la historia para entender cómo se comportan los

átomos.

La interacción entre átomos se presenta en lo que conocemos como enlaces,

que nos permiten entender de una mejor manera como es que las moléculas se

forman, puesto que una molécula es la unión de átomos a partir de un tipo

enlace atómico1 o fuerzas intramoleculares.

En este documento se explicara cómo es la interacción de las moléculas que

son formadas a partir de átomos, esto para entender que fuerzas son las que

permiten que nosotros veamos los materiales tal como los conocemos y que

hacen que adopten fases sólidas, liquidas o gaseosas; dichas fuerzas las

conoceremos como fuerzas intermoleculares.

Una fuerza intermolecular es entonces una fuerza de atracción o repulsión

entre moléculas y son las responsables del estado ideal de los gases (más

adelante veremos por qué), además juegan un papel importante en las fases

de la materia.

Es importante tener en cuenta que la energía necesaria para separar una

molécula es menor que la energía necesaria para separar los átomos de una

molécula o en otras palabras las fuerzas intermoleculares son interacciones

más débiles en comparación a las fuerzas intramoleculares.

Energía necesaria para separar los átomos de una molécula de metano2

Energía necesaria para separar moléculas de metano3

1 Tipos de enlaces atómicos visión general, textos científicos, química, tipos de enlaces,

http://www.textoscientificos.com/quimica/enlaces-quimicos 2 http://www.textoscientificos.com/imagenes/quimica/fuerzas-intermoleculares.gif

Cuando se forman las moléculas existen momentos dipolares, que son la

magnitud de polaridad de un enlace4, matemáticamente es el producto entre

las cargas y la distancia que las separa; los momentos dipolares poseen

magnitud y dirección por lo que son cantidades vectoriales representadas por

flechas cuya cabeza está en el polo negativo.

Además, de los momentos dipolares se conocen 2 tipos, el momento dipolar

permanente y el momento dipolar inducido; el primero surge a partir de la unión

de elementos con electronegatividad diferente y el segundo se crea cuando un

campo eléctrico externo distorsiona la nube de electrones de una molécula

neutra. Tenga en cuenta el uso del símbolo δ (delta griega) para indicar los

extremos positivos y negativos de los dipolos.

Dipolo permanente de una molécula de agua5

Inicialmente se tiene la interacción ion-dipolo en donde el dipolo que está

cerca de un ion positivo o negativo de acerca de forma en que la carga del ion

interactúa con la carga opuesta del dipolo, en otras palabras el catión sufre

atracción electrostática por el dipolo negativo, mientras que el anión es atraído

por la fuerza electrostática hacia el dipolo positivo.

Interacción ion-dipolo6

3 http://www.textoscientificos.com/imagenes/quimica/fuerzas-intermoleculares-1.gif

4 Química, la guía, 2000, momento dipolar, http://quimica.laguia2000.com/conceptos-

basicos/momento-dipolar-de-enlace 5 http://www.sabelotodo.org/quimica/imagenes/agua1.png

El clásico ejemplo de la interacción ión-dipolo es la solución acuosa de cloruro

de sodio (NaCl). En esta sal, el enlace es iónico. Entonces cuando se disuelve

en agua, se disocia completamente en cationes Na+ y aniones Cl-.

En la molécula de agua, el átomo de oxígeno tiene mayor electronegatividad

que el de hidrógeno, por lo tanto existe un dipolo negativo en torno al oxígeno,

y un dipolo positivo en torno al átomo de hidrógeno.

Entonces los cationes Na+ sufren atracción electrostática por el dipolo negativo

del átomo de oxígeno, y los aniones Cl-, sufren fuerza de atracción

electrostática por el dipolo positivo del hidrógeno.

La fuerza de atracción ion-dipolo depende de la magnitud del momento dipolar

y de la densidad de carga del ión, esta última cantidad es sólo la carga del ión

dividida por su volumen.

La energía de interacción, E, entre un ión y un dipolo, depende de la carga del

ión, Q, y del momento dipolar, m, y de la distancia, d, del centro del ión al punto

medio del dipolo:

La energía de interacción, E, entre un ión y un dipolo, depende de la carga del

ión Q, del momento dipolar µ, y de la distancia d del centro del ión al punto

medio del dipolo

Luego tenemos las interacciones dipolo-dipolo que es la interacción entre el

dipolo positivo de una molécula con el dipolo negativo de otra, también se

define como la atracción electrostática entre dipolos de carga contraria.

Interacción de moléculas de ácido nítrico7

Por otro lado se tienen las interacciones Ion-dipolo inducido que se forman a

partir de una molécula (apolar) que por la presencia de un ion que provoca una

distorsión en la nube electrónica de la molécula, crea un momento dipolar

temporal o inducido. A partir de ese momento se produce una interacción entre

un ion y un dipolo inducido.

6 http://quimica.laguia2000.com/wp-content/uploads/2010/08/INTERMOLECU1.gif

7 http://quimica.laguia2000.com/wp-content/uploads/2010/09/DIP1.jpg

Interacción ion-dipolo inducido8

Además, existen fuerzas de interacción Dipolo-dipolo inducido surge

cuando la presencia de una molécula polar modifica la nube electrónica de la

molécula apolar creando un dipolo inducido.

Fuerza dipolo-dipolo inducido9

Esta atracción es generalmente débil, en algunos casos puede conducir a la

formación de compuestos débilmente enlazados, esta interacción ayuda a

explicar cómo moléculas no polares pueden formar compuestos hidratados con

agua.

Entre las fuerzas más débiles de interacción entre moléculas están las

Fuerzas de London o Fuerzas de Dispersión de London que a pesar de ser

las más débiles de todas las fuerzas intermoleculares están presentes en todo

el universo.

Este tipo de interacción se lleva a cabo por moléculas no polares en donde

pueden encontrarse dipolos (recordemos que para que un molécula sea “polar”

lleva a que su momento dipolar es cero)

8 http://1.bp.blogspot.com/-

HtznzWgjyfg/TpTmCxYd4EI/AAAAAAAAAAo/s2JyHcQA1XU/s1600/Sin+t%25C3%25ADtulo.jpg1.jpg2.jpg 9 http://image.slidesharecdn.com/enlaces-intermoleculares-1200475764715804-5/95/enlaces-

intermoleculares-8-728.jpg?cb=1200468565

Fuerzas de London10

Se deben a las irregularidades que se producen en la nube electrónica de los

átomos de las moléculas por efecto de la proximidad mutua. La formación de

un dipolo instantáneo en una molécula origina la formación de un dipolo

inducido en una molécula vecina de manera que se origina una débil fuerza de

atracción entre las dos.11

Es importante aclarar que a todas las fuerzas que se deben a relaciones entre

moléculas con momentos dipolares iguales o diferentes de cero se les conocen

como las Fuerzas de Van der Waals.

Finalmente existe un tipo de fuerza que nos permite entender por qué el agua

se presenta como un líquido y de qué manera las moléculas se agua se unen

entre sí, estas son las fuerzas relacionadas a los puentes de hidrogeno.

Los puentes de hidrógeno constituyen un caso especial de interacción dipolo-

dipolo y se producen cuando un átomo de hidrógeno está unido

covalentemente a un elemento que sea:

muy electronegativo y con dobletes electrónicos sin compartir

de muy pequeño tamaño y capaz, por tanto, de aproximarse al núcleo del hidrógeno

10

http://www.ehu.eus/biomoleculas/moleculas/fuerzas.htm 11

Fuerzas de London, ehu, moléculas, http://www.ehu.eus/biomoleculas/moleculas/fuerzas.htm

Puentes de hidrogeno en la molécula del agua12

Conclusión: La existencia de fuerzas intermoleculares nos permiten entender de una mejor manera la interacción de moléculas para formar materiales o las fases de los mismos, la fuerzas intramoleculares nos ayudan a entender la atracción o repulsión de los átomos para formas las moléculas y las fuerzas intermoleculares nos ayudan a entender la atracción o repulsión entre moléculas; dependiendo entonces del tipo de interacción intermolecular es que las moléculas forman un estado o fase (solido, liquido o gaseoso) de un material.

Bibliografía adicional http://www.areaciencias.com/quimica/fuerzas-de-van-der-waals.html

http://quimica.laguia2000.com/general/fuerzas-de-dispersion-de-london

http://gmein.uib.es/otros/enlacesjmol/8_dip_dipoloindjmol.html

http://www.elergonomista.com/quimica/dip.html

http://iesdmjac.educa.aragon.es/departamentos/fq/asignaturas/quimica2bac/materialdeaula/QUI2BAC%20Tema%208%20Enlace%20quimico%20y%20propiedades%20de%20las%20sustancias/8_fuerzas_intermoleculares.html

http://www.losadhesivos.com/fuerzas-intermoleculares.html

http://www.ehu.eus/biomoleculas/moleculas/fuerzas.htm

http://campus.fi.uba.ar/pluginfile.php/79160/mod_resource/content/0/Material_Adicional/4.B-FUERZAS_INTERMOLECULARES.pdf

http://www.unlu.edu.ar/~qui10017/Quimica%20COU%20muestra%20para%20IQ10017/cap2.htm

12

http://www.ehu.eus/biomoleculas/moleculas/jpg/p2x2x1.jpg