Efecto de las fuerzas intermoleculares en las propiedades físicas
Fuerzas intermoleculares
Imagina que acabas de romper tu lámpara favorita. Tienes varios tipos diferentes de pegamento para volver a unirlo. Si elige un pegamento más débil, no se necesitará mucha fuerza para que la lámpara se deshaga nuevamente, mientras que usar un pegamento más fuerte requeriría mucha más fuerza para romper ese enlace.
Las fuerzas intermoleculares son como el pegamento, solo que en lugar de mantener unida una lámpara, las fuerzas intermoleculares mantienen unidas las moléculas. Hay fuerzas fuertes y débiles; cuanto más fuerte es la fuerza, más energía se requiere para romper esas moléculas unas de otras.
Las fuerzas intermoleculares incluyen (enumeradas de más débil a más fuerte):
- Fuerzas de dispersión de Van der Waals
- Interacciones dipolo-dipolo de Van der Waals
- Enlaces de hidrógeno
- Enlaces iónicos
Entonces, si dos moléculas solo están conectadas usando las fuerzas de dispersión de van der Waals, entonces se requeriría muy poca energía para separar esas moléculas entre sí. Por otro lado, si dos moléculas están conectadas mediante enlaces iónicos, se necesita mucha más energía para separarlas.
Fuerzas intermoleculares y propiedades físicas
Las fuerzas intermoleculares más fuertes también darán como resultado propiedades físicas más altas, como puntos de fusión o ebullición más altos, que requieren romper las moléculas. Las fuerzas intermoleculares más altas también conducen a un punto de congelación más alto, pero como estamos hablando de bajar la temperatura para los puntos de congelación, a menudo decimos que las fuerzas intermoleculares más bajas requieren bajar más la temperatura.
Dado que una presión de vapor más alta significa que es más fácil vaporizar un compuesto, esto significa que fuerzas intermoleculares más bajas conducen a una presión de vapor más alta.
Fuerzas de dispersión de Van der Waals
Las fuerzas de dispersión de Van der Waals , también llamadas fuerzas de Londres, se producen debido a dipolos instantáneos. En un momento dado, los electrones de una molécula o átomo pueden no estar distribuidos uniformemente alrededor de la molécula. Si hay más electrones en el lado izquierdo de la molécula que en el lado derecho, entonces habrá una ligera carga negativa en el lado izquierdo de la molécula. El lado con menos electrones tendrá una ligera carga positiva.
Estas cargas momentáneas, ligeras, positivas y negativas se atraen entre sí (como los extremos positivo y negativo de un imán). Esto provoca enlaces momentáneos entre moléculas. Ya podemos ver por qué estos vínculos serían tan débiles, porque solo duran poco tiempo.
Las fuerzas de dispersión de Van der Waals aumentan a medida que aumenta el tamaño atómico. Esto significa que las moléculas más grandes sentirán más fuerza, aumentando así las fuerzas intermoleculares. Entonces, si tenemos dos moléculas que son exactamente iguales excepto que una es más grande que la otra (como el metano y el etano), entonces las fuerzas intermoleculares de la más grande serán más fuertes que las de la más pequeña.
Entonces, en las fuerzas de dispersión de van der Waals:
- El punto de ebullición es más alto para compuestos más grandes
- El punto de fusión es más alto para compuestos más grandes
- El punto de congelación es más bajo para compuestos más pequeños
- La presión de vapor es más alta para compuestos más pequeños
Interacciones dipolo-dipolo de Van der Waals
Se puede crear una carga parcial positiva y una carga parcial negativa entre dos átomos cuando hay una diferencia en la electronegatividad. Estas interacciones se denominan interacciones dipolo-dipolo de van der Waals .
Por ejemplo, el carbono es menos electronegativo que el oxígeno, creando un positivo parcial en el carbono y un negativo parcial en el oxígeno. Las interacciones dipolares son más fuertes que las fuerzas de dispersión porque el oxígeno casi siempre tendrá un poco más de electrones que el carbono, en lugar de cambiar constantemente. Todavía no hay una carga negativa completa en el oxígeno o una carga positiva completa en el carbono. Pero las cargas positivas y negativas parciales siguen siendo suficientes para atraer juntas cargas opuestas.
Cuanto mayor sea la diferencia de electronegatividad, más fuertes serán las interacciones dipolo-dipolo. Entonces, los compuestos con una mayor diferencia de electronegatividad tendrán fuertes fuerzas intermoleculares.
Enlaces de hidrógeno
En determinadas circunstancias, los enlaces dipolares creados a partir del hidrógeno pueden crear enlaces muy fuertes. Digamos que tiene un átomo que está unido a varios átomos de hidrógeno: como el carbono del metano unido a 4 átomos de hidrógeno.
Los átomos de hidrógeno rodearán al átomo de carbono, poniendo una carga positiva parcial alrededor del metano. Pero, si tiene una taza llena de metano, entonces todas las moléculas estarán rodeadas por una carga positiva parcial, lo que hará que las moléculas se alejen unas de otras.
Por otro lado, veamos una molécula que tiene átomos de hidrógeno solo en un lado, como en el agua. El ángulo de enlace entre los átomos de hidrógeno y el oxígeno es de 104,5 grados. Esto significa que un lado del agua tiene dos cargas positivas parciales, mientras que el otro lado (el oxígeno) tiene una carga negativa parcial.
La capacidad de que las cargas positivas parciales de hidrógeno se sumen en un lado de la molécula crea fuertes atracciones, llamadas enlaces de hidrógeno .
- Punto de ebullición del agua (peso molecular 18): 100 ° C
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- Punto de ebullición del metano (peso molecular 16): -161 ° C
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El agua tiene un punto de ebullición mucho más alto (a pesar de ser un compuesto similar) debido a los enlaces de hidrógeno.
Enlaces iónicos
Las fuerzas intermoleculares más fuertes son los enlaces iónicos. Los enlaces iónicos son tan fuertes que a veces incluso consideramos que este es un nuevo compuesto en lugar de dos moléculas que interactúan entre sí.
Un enlace iónico se produce cuando un compuesto tiene una carga positiva completa y otro compuesto (u otro lugar del mismo compuesto) tiene una carga negativa completa. Las cargas positivas y negativas completas hacen que se produzca un vínculo muy fuerte. Esto significa que los compuestos con enlaces iónicos verán:
- Puntos de fusión más altos
- Puntos de ebullición más altos
- Puntos de congelación más altos
- Presión de vapor más baja
Resumen de la lección
Las fuerzas intermoleculares son las fuerzas que unen dos moléculas. Las propiedades físicas se ven afectadas por la fuerza de las fuerzas intermoleculares.
- Los puntos de fusión, ebullición y congelación aumentan a medida que aumentan las fuerzas intermoleculares
- La presión de vapor disminuye a medida que aumentan las fuerzas intermoleculares
De más débil a más fuerte, las fuerzas intermoleculares son:
- Fuerzas de dispersión de Van der Waals : atracción entre cargas parciales positivas y negativas de momento
- Interacciones dipolo-dipolo de Van der Waals : atracción entre cargas continuas parciales positivas y negativas
- Enlace de hidrógeno : cuando las cargas positivas parciales del hidrógeno terminan en el mismo lado de la molécula, creando una carga positiva parcial fuerte
- Enlaces iónicos : atracción entre cargas positivas y negativas completas