Fuerzas Intermoleculares y Líqidos
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FUERZAS INTERMOLECULARES FUERZAS INTERMOLECULARES S L G Enlaces químicos: Fuerzas Intramoleculares. Determinan las propiedades químicas de las sustancias. Fuerzas intermoleculares: 9Más débiles que un enlace químico. 9Son de naturaleza electrostática. 9Determinan las propiedades físicas de las sustancias. Las propiedades físicas de una sustancia varían con su estado de agregación. Fa > Ec T T P P Fa ≈ Ec Ec > Fa El estado de agregación de una sustancia depende del balance entre la energía cinética de las partículas (tiende a mantenerlas separadas) y de la energía de atracción entre ellas (fuerzas intermoleculares) Aumento de P ⇒ se favorecen las Fa ⇒ G → L → S FUERZAS INTERMOLECULARES FUERZAS INTERMOLECULARES Clasificación Aumento de T ⇒ aumento de Ec ⇒ S → L → G Fuerzas ion-dipolo Fuerzas de Van der Waals: entre moléculas neutras dipolo-dipolo dipolo-dipolo inducido de dispersión (fuerzas de London) puentes de hidrógeno Fuerzas ion-dipolo: intervienen partículas con carga ion-dipolo permanente Ion-dipolo inducido Cuanto más intensas sean las F.I. que operan en una sustancia, mayor energía se necesita para vencerlas y mayor será su P.ebullición (menos volátil) y mayor su P.fusión. FUERZAS INTERMOLECULARES La fuerza de atracción depende de: q+ o q- del ion μ de la molécula 9Las sustancias iónicas se disuelven en solventes polares FUERZAS INTERMOLECULARES δ- Solubilidad de compuestos iónicos en agua Molvie1.swf μ δ+ q+ q- 1 FUERZAS INTERMOLECULARES FUERZAS INTERMOLECULARES Un ion puede inducir un dipolo en una molécula no polar + + - Fuerzas dipolo-dipolo Más débiles que las fuerzas ion-dipolo Entre moléculas polares + Depende de la orientación relativa de las moléculas atracció atracción repulsió repulsión - - + El resultado neto de la interacción es de atracción μ=0 μ≠0 Molécula no polar Dipolo inducido Fuerzas intermoleculares ión- dipolo inducido Mucho más débiles que las fuerzas ion-dipolo permanente 9 Las sustancias iónica son poco solubles en solventes no polares. La fuerza de atracción depende de la magnitud de μ 9Los líquidos polares son miscibles entre sí FUERZAS INTERMOLECULARES FUERZAS INTERMOLECULARES Los dipolos pueden inducir dipolos en moléculas no polares - + - + - + + - + - + - dipolo permanente dipolo inducido Fuerzas de dispersión de London Distribución de carga instantánea no simétrica Se genera una concentración de carga (δ-) por efecto de atracción del núcleo de un átomo vecino. Simultáneamente se genera un déficit de carga (δ+) y se produce un dipolo instantáneo atracció atracción Fuerzas intermoleculares: dipolo-dipolo inducido Mucho más débiles que las dipolo-dipolo 9 Los líquidos no polares son poco miscibles con líquidos polares. dipolo instantáneo FUERZAS INTERMOLECULARES Moléculas no polares Dipolo instantáneo Dipolo inducido: Atracción FUERZAS INTERMOLECULARES La fuerza de atracción depende de la polarizabilidad de las moléculas (facilidad con que puede alterarse la distribución de carga electrónica). Metano CH4 9La fuerzas de dispersión operan en todas las moléculas 9En las moléculas polares, generalmente son más intensas que las dipolo-dipolo. dipolo inducido Etano C2H6 n-hexano C6H14 La polarizabilidad de las moléculas depende de: 9Peso molecular 9Tamaño 9Forma 2 FUERZAS INTERMOLECULARES FUERZAS INTERMOLECULARES Puentes de hidrógeno Punto de ebullición (ºC) Se establecen entre un átomo de H que forma un enlace polar y un par de electrones libres de un átomo muy electronegativo cercano (F, O, N) δ- δ+ F—H δδ+ F—H 9Son más débiles que un enlace químico 9Son más fuertes que las interacciones dipolo-dipolo y de dispersión Nº de electrones FUERZAS INTERMOLECULARES FUERZAS INTERMOLECULARES Puentes de H en el agua P. Ebullición (ºC) Puente H ¿Por qué el agua es líquida a temperatura ambiente? Masa molecular FUERZAS INTERMOLECULARES FUERZAS INTERMOLECULARES P. Ebullición (ºC) ¿Por qué el hielo flota en el agua (líquida)? Período ¿Por qué el H2O, NH3 y HF tiene P. ebullición “anormal” respecto a los compuestos análogos del mismo grupo? Tetraedros (OH4) unidos por los vértices. Las moléculas no pueden acercarse. 3 FUERZAS INTERMOLECULARES FUERZAS INTERMOLECULARES Otros ejemplos de puentes de hidrógeno Ácidos carboxílicos (orgánicos) La densidad del hielo es menor que la del agua. IMPORTANTE: Hay que tener en cuenta TODAS las fuerzas intermoleculares que operan en una molécula para analizar sus propiedades físicas. FUERZAS INTERMOLECULARES FUERZAS INTERMOLECULARES Puentes de H en el ADN Estructura de doble hélice FUERZAS INTERMOLECULARES FUERZAS INTERMOLECULARES Justifique los valores de los puntos de ebullición de las sustancias. Partículas participantes ¿participan iones? NO SI ¿participan moléculas polares? NO Ion-dipolo SI Dispersión (London) ¿Hay enlaces H-F, H-O, H-N? NO dipolo-dipolo SI HCl Cl2 SO2 Br2 H2O Peb (ºC) -256,8 -188,0 -85 -35 -10 59 100 Sust. Ion-ion (enlace) H2 F2 Determinar cuál de las sustancias en cada par es menos volátil a) ICl o Br2 b) XeF4 o XeF2 c) H20 o HF d) CO2 o NO2 e) O3 o O2 f) HCl o HBr puente de H 4 PROPIEDADES DE LOS LÍQUIDOS Viscosidad: Resistencia a fluir de un líquido. PROPIEDADES DE LOS LÍQUIDOS La viscosidad está determinada por la dificultad con que las partículas del líquido se desplazan unas respecto a las otras. Depende de: El líquido que fluye más lentamente (a menor velocidad) es el de mayor viscosidad 9 Fuerzas de atracción entre las moléculas (fuerzas intermoleculares) 9Características estructurales (cadenas que se enredan) 9Temperatura Se mide como la velocidad con que una esfera de acero cae a través de un líquido en un tubo. (mayor velocidad→ menor viscosidad) PROPIEDADES DE LOS LÍQUIDOS Tensión superficial Es la energía requerida para aumentar la superficie de un líquido en una unidad de área. [Ejemplo: TS(agua) = 7,29.10-2 J/m2 (20oC) ¿Por qué se necesita energía para aumentar la superficie de un líquido? El líquido se resiste a aumentar su superficie Un aumento de la temperatura aumenta la Ec de las partículas y disminuye la viscosidad. PROPIEDADES DE LOS LÍQUIDOS Los líquidos tienden a disminuir su área superficial Tienden a formar gotas (la esfera es el cuerpo con menor relación superficie/volumen) Cuanto más intensas son las fuerzas intermoleculares, mayor es la fuerza neta hacia el interior, mayor la TS Desequilibrio de las fuerzas intermoleculares de las partículas superficiales. Un insecto flota en la superficie del agua, a pesar de que su densidad es mayor que la del agua. ¿Por qué? Sobre la molécula superficial la fuerza resultante está dirigida hacia el interior. El trabajo realizado por la gravedad sobre el insecto es menor que la energía necesaria para aumentar la superficie del agua y que el insecto pueda hundirse. PROPIEDADES DE LOS LÍQUIDOS Fuerzas de cohesión: fuerzas intermoleculares entre las moléculas del líquido. Fuerzas de adhesión: interacción líquido-superficie. Entre las moléculas del líquido y las de la superficie PROPIEDADES DE LOS LÍQUIDOS Efecto o acción capilar Un líquido sube por un tubo muy fino F. adhesión adhesión > cohesión Menisco cóncavo El agua moja el vidrio cohesión > adhesión Menisco convexo El Hg no moja el vidrio El agua no moja una superficie engrasada. Las fuerzas de adhesión agua-grasa son pequeñas. F. cohesión El líquido asciende por el tubo hasta que se compensa la fuerza ascendente con la de gravedad (peso de la columna de líquido). Cuanto menor es el diámetro del tubo, mayor será la altura de la columna. 5
