Apuntes Fuerzas Intramoleculares

FUERZAS INTERMOLECULARES

Además de las fuerzas que mantienen unidos los átomos en las moléculas, existen fuerzas que mantienen unidas las moléculas llamadas fuerzas intermoleculares o fuerzas de Van der Waals, en honor al físico holandés Johannes van der Waals, quien destacó por primera vez su importancia. Estas fuerzas son más débiles que las fuerzas intramoleculares que son las fuerzas que mantienen unidos los átomos dentro de las moléculas, como vimos en los enlaces covalentes. Las fuerzas intermoleculares permiten que las moléculas se mantengan asociadas; si estas fuerzas son muy débiles, el material será gaseoso y, a medida que éstas aumentan, los materiales serán líquidos o sólidos. La intensidad de estas fuerzas determina los puntos de fusión y de ebullición de las sustancias, como también la dureza que presentarán los cuerpos sólidos moleculares; estas fuerzas influyen en la solubilidad que presentan las sustancias en determinados solventes.

Las fuerzas intermoleculares pueden ser de varias clases:

Fuerzas dipolo-dipolo.

Fuerzas o interacciones de London.

Fuerzas de dipolo inducidas o puentes de hidrógeno.

INTERACCIONES DIPOLO-DIPOLO

Existen gases cuyas moléculas están formadas por átomos que tienen diferente electronegatividad (enlace covalente polar) y que se hallan dispuestos de forma que en la molécula, existen zonas con mayor densidad de electrones que otras (polo negativo y positivo, respectivamente). Este es el caso de los gases fluoruro de hidrógeno (HF), cloruro de hidrógeno (HCl), bromuro de hidrógeno (HBr) y ioduro de hidrogeno (HI).

a) b)

Figura 1. Representación idealizada de las fuerzas dipolares en un líquido (a) y en un sólido (b). En un líquido o sólido real, las interacciones son más complejas.

Por ejemplo, en las moléculas del bromuro de hidrógeno, un átomo de hidrógeno se enlaza con otro más electronegativo: el bromo. Ello hace que los electrones del enlace covalente pasen más tiempo cerca del átomo de bromo que del hidrógeno (aunque sin dejar de pertenecer a ambos). Como resultado, se produce una zona con mayor densidad de carga negativa en el átomo de bromo y otra zona con un defecto de carga positiva en el átomo de hidrógeno, formándose así un dipolo permanente. Cuando las moléculas polares se aproximan una a la otra, tienden a orientarse de tal manera que el polo positivo de una se dirige hacia el polo negativo de la otra. Ver figura 1. El grado de integración dipolo-dipolo es uno de los factores que determinan los puntos de fusión, punto de ebullición y presión de vapor de las sustancias polares.

PUENTES DE HIDRÓGENO

En ciertas moléculas polares que contienen átomos de hidrógeno, participan fuerzas de atracción conocidas como puentes de hidrógeno.

No todas las moléculas polares que contienen hidrógeno forman puentes de hidrogeno, esto sólo se presenta cuando el hidrógeno está cerca al flúor, al nitrógeno o al oxígeno. En las moléculas de este tipo, el enlace entre el elemento electronegativo y el hidrogeno es bastante polar, pues el par electrónico de enlace está más próximo al átomo electronegativo.

Como el hidrógeno tiene una densidad electrónica más bien baja, el protón es atraído hacia los electrones no enlazados de un elemento electronegativo de una molécula cercana. Un caso de polaridad especialmente interesante es el que corresponde a moléculas tales como H2O, HF o NH3

Por ejemplo, en el agua, el átomo de hidrógeno está unido con el átomo de un elemento más electronegativo como es el oxígeno; la molécula será muy polar, lo cual implica la posibilidad de que se unan unas con otras mediante puentes de hidrógeno, como se indica esquemáticamente a continuación:

Figura 2. Los puentes de hidrógeno presentes en la molécula del agua son los responsables de su alto punto de ebullición (100 ºC a una atmósfera de presión)

Esta es una unión de tipo intermolecular generada por un átomo de hidrógeno que se halla entre dos átomos fuertemente electronegativos. La clave de la formación de los puentes de hidrógeno es el carácter fuertemente polar del enlace covalente entre el hidrógeno (H) y otro átomo (por ejemplo, oxígeno (O)). Dicha atracción se ve favorecida cuando ese otro átomo es tan electronegativo que tiene una elevada carga parcial negativa.

El hidrógeno es el único átomo capaz de formar este tipo de enlace, porque al ser tan pequeño permite que los otros átomos más electronegativos de las moléculas vecinas (nitrógeno, azufre) puedan aproximarse lo suficiente a él, como para que la fuerza de atracción sea bastante intensa. Este tipo de enlace intermolecular es el responsable, por ejemplo, de la existencia de océanos de agua líquida a temperatura ambiente en nuestro planeta. Si no existiera, el agua se encontraría

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