ESCUELA POLITCNICA NACIONALDEBER DE QUMICANombre : Fabricio MuyulemaIng. Hugo BarragnFUERZAS INTERMOLECULARESDentro de una molcula, los tomos estn unidos mediante fuerzas intramoleculares (enlaces inicos, metlicos o covalentes, principalmente). Estas son las fuerzas que se deben vencer para que se produzca un cambio qumico. Son estas fuerzas, por tanto, las que determinan las propiedades qumicas de las sustancias. Sin embargo existen otras fuerzas intermoleculares que actan sobre distintas molculas o iones y que hacen que stos se atraigan o se repelan. Estas fuerzas son las que determinan las propiedades fsicas de las sustancias como, por ejemplo, el estado de agregacin, el punto de fusin y de ebullicin, la solubilidad, la tensin superficial, la densidad, etc. Por lo general son fuerzas dbiles pero, al ser muy numerosas, su contribucin es importante. La figura inferior resume los diversos tipos de fuerzas intermoleculares. Pincha en los recuadros para saber ms sobre ellas. Las fuerzas atractivas entre molculas, las llamadas fuerzas intermoleculares, son las responsables del comportamiento no ideal de los gases. Ellas juegan un papel importante tambin en los distintos estados de agregacin de la materia (lquido, slido o gas).

Generalmente, las fuerzas intermoleculares son mucho ms dbiles que las intramoleculares. As, por ejemplo, se requiere menos energa para evaporar un lquido que para romper los enlaces de las molculas de dicho lquido. Para entender las propiedades de los distintos estados de la materia, necesitamos comprender y conocer los distintos tipos de fuerzas intermoleculares.

Los tomos de un molcula se mantienen unidos por enlaces qumicos cuya fuerza va de 150 a 1000 kJ/mol. Otras fuerzas de atraccin ms dbiles, llamadas fuerzas intermoleculares o atracciones intermoleculares, atraen una molcula a otra. Por ejemplo, se requieren 1652 kJ para romper 4 moles de enlaces covalentes CH y separar el tomo de C y los cuatro tomos de H de todas las molculas de 1 mol de metano:

Fuerzas de London o de dispersin.Las fuerzas de London se presentan en todas las sustancias moleculares. Son el resultado de la atraccin entre los extremos positivo y negativo de dipolos inducidos en molculas adyacentes. Cuando los electrones de una molcula adquieren momentneamente una distribucin no uniforme, provocan que en una molcula vecina se forme momentneamente un dipolo inducido. En la figura 4 se ilustra como una molcula con una falta de uniformidad momentnea en la distribucin de su carga elctrica puede inducir un dipolo en una molcula vecina por un proceso llamado polarizacin. Incluso los tomos de los gases nobles, las molculas de gases diatmicos como el oxgeno, el nitrgeno y el cloro (que deben ser no polares) y las molculas de hidrocarburos no polares como el CH4, C2H6 tienen tales dipolos instantneos. La intensidad de las fuerzas de London depende de la facilidad con que se polarizan los electrones de una molcula, y eso depende del nmero de electrones en la molcula y de la fuerza con que los sujeta la atraccin nuclear. En general, cuantos ms electrones haya en una molcula ms fcilmente podr polarizarse. As, las molculas ms grandes con muchos electrones son relativamente polarizables. En contraste, las molculas ms pequeas son menos polarizables porque tienen menos electrones. Las fuerzas de London varan entre aproximadamente 0.05 y 40 kJ/mol.

Figura 4. Origen de las fuerzas de London.Cuando examinamos los puntos de ebullicin de varios grupos de molculas no polares pronto se hace evidente el efecto del nmero de electrones (Tabla 2). Este efecto tambin se correlaciona con la masa molar: cuanto ms pesado es un tomo o molcula ms electrones tiene: Resulta interesante que la forma molecular tambin puede desempear un papel en la formacin de las fuerzas de London. Dos de los ismeros del pentano el pentano de cadena lineal y el 2,2-dimetilpropano (ambos con la frmula molecular C5H12)- difieren en su punto de ebullicin en 27 C. La forma lineal de la molcula de n-pentano, por su linealidad, permite un contacto estrecho con las molculas adyacentes, mientras que la molcula de 2,2-dimetilpropano, ms esfrica no permite ese contacto.

Tabla 2. Efecto del nmero de electrones sobre el punto de ebullicin de sustancias no polaresGases nobles HalgenosHidrocarburos

NElecP.AP.E.CNElecP.MP.E.CNElecP.MP.E.C

He24-269F21838-188CH41016-161

Ne1020-246Cl23471-34C2H61830-88

Ar1840-186Br27016059C3H82644-42

Kr3684-152I2106254184C4H1034580

Atracciones dipolo-dipoloUna atraccin dipolo-dipolo es una interaccin no covalente entre dos molculas polares o dos grupos polares de la misma molcula si sta es grande. En la seccin anterior explicamos cmo se forman molculas que contienen dipolos permanentes cuando se enlazan simtricamente con tomos con electronegatividad diferente. Las molculas que son dipolos se atraen entre s cuando la regin positiva de una est cerca de la regin negativa de la otra (figura 5).

Figura 5. Atracciones dipolo-dipolo (lneas punteadas) entre molculas de BrCl.En un lquido las molculas estn muy cercanas entre s y se atraen por sus fuerzas intermoleculares. Las molculas deben tener suficiente energa para vencer esas fuerzas de atraccin, y hacer que el lquido pueda entrar en ebullicin. Si se requiere ms energa para vencer las atracciones de las molculas del lquido A que aqullas entre las molculas del lquido B, el punto de ebullicin de A es ms alto que el de B. Recprocamente, menores atracciones intermoleculares dan pie a puntos de ebullicin ms bajos. Puentes de hidrgenoEs un tipo especial de interaccin dipolo-dipolo entre el tomo de hidrgeno que est formando un enlace polar, tal como NH, OH, FH, y un tomo electronegativo como O, N F. Esta interaccin se representa de la forma siguiente:AHB AHAA y B representan O, N F; AH es una molcula o parte de una molcula y B es parte de otra. La lnea de puntos representa el enlace de hidrgeno.La energa media de un enlace de hidrgeno es bastante grande para ser una interaccin dipolo-dipolo (mayor de 40 KJ/mol). Esto hace que el enlace de hidrgeno sea una de gran importancia a la hora de la adopcin de determinadas estructuras y en las propiedades de muchos compuestos.Las primeras evidencias de la existencia de este tipo de interaccin vinieron del estudio de los puntos de ebullicin. Normalmente, los puntos de ebullicin de compuestos que contienen a elementos del mismo grupo aumentan con el peso molecular. Pero, como se puede observar en la Figura 6, los compuestos de los elementos de los Grupos 15, 16 y 17 no siguen esta norma. Para cada uno de los grupos, los compuestos de menos peso molecular (NH3, H2O, HF) tienen el punto de ebullicin ms alto, en contra de lo que se podra esperar en principio. Ello es debido a que existe algn tipo de interaccin entre las molculas en estado lquido que se opone al paso al estado de vapor. Esa interaccin es el enlace de hidrgeno, y afecta a los primeros miembros de la serie pues son los ms electronegativos, y por ello el enlace X-H es el ms polarizado, lo que induce la mayor interaccin por puente de hidrgeno. Los puentes de hidrgeno son especialmente fuertes entre las molculas de agua y son la causa de muchas de las singulares propiedades de esta sustancia. Los compuestos de hidrgeno de elementos vecino al oxgeno y de los miembros de su familia en la tabla peridica, son gases a la temperatura ambiente: CH4, NH3, H2S, H2Te, PH3, HCl. En cambio, el H2O es lquida a la temperatura ambiente, lo que indica un alto grado de atraccin intermolecular. En la figura 6 se puede ver que el punto de ebullicin del agua es 200 C ms alto de lo que cabra predecir si no hubiera puentes de hidrgeno. Los puentes de hidrgeno juegan tambin un papel crucial en la estructura del ADN, la molcula que almacena la herencia gentica de todos los seres vivos.