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El estudio de las fuerzas intermoleculares (FI)
busca entender las diferencias en las propiedades
físicas de los distintos estados de agregación de
una sustancia
Las propiedades físicas de una sustancia varían
con su estado de agregación
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Debemos distinguir entre fuerzas intermoleculares
y fuerzas intramoleculares
Fuerzas intramoleculares son las responsables de
mantener unidos a los átomos en una molécula.
Son el origen de los enlaces químicos, por lo
tanto son fuerzas de intensidad importante.
Determinan las propiedades químicas de una
sustancia.
Fuerzas intermoleculares ocurren entre
moléculas. Son de origen electrostático,
atractivas y no implican la formación de enlaces
químicos. Por lo tanto son fuerzas de intensidad
menor a las intramoleculares. Determinan las
propiedades físicas de una sustancia.
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Fuerza intramolecular, enlace covalente
Fuerza intermolecular, Interacción electrostática
Fuerzas intramoleculares gtgt Fuerzas
intermoleculares
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Ejercicio 1. Indique si en los siguientes
procesos se rompen enlaces covalentes o
simplemente se vencen fuerzas intermoleculares a
. Vaporización de agua. b. Descomposición del
N2O4 en NO2. c. Sublimación de hielo seco. d.
Fusión de un trozo de hielo. e. Disociación de F2
en átomos de F.
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El estado de agregación de una sustancia depende
del balance entre la energía cinética de las
partículas que tiende a mantenerlas separadas y
las fuerzas intermoleculares que tienden a
mantenerlas unidas
Gas
Líquido Sólido Volumen propio?
No Si
Si Forma propia? No
No Si Compresibilidad
Alta Media-baja Baja Fluidez
Alta Media
Baja
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T
T
P
P
FI gt Ec
FI Ec
FI lt Ec
Aumento de T ? aumento de Ec ? S ? L ? G
Aumento de P ? se favorecen las FI ? G ? L ? S
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Cuanto más intensas sean las FI que operan en una
sustancia, mayor energía se necesitará para
vencerlas
Este hecho influye en muchas propiedades físicas
de la sustancia Si es sólida, a mayor FI,
mayor será su temperatura de fusión a una presión
dada Si es líquida, a mayor FI, mayor será su
temperatura de ebullición, menor su presión de
vapor y menor su volatilidad a una presión dada
Si es gaseosa, a mayor FI, más fácil será
condensarla, mayor será la temperatura de
condensación (temperatura de ebullición) a una
presión dada
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Tipo de fuerzas intermoleculares
FI ion-dipolo se dan entre cationes o aniones y
moléculas polares. No ocurren en sustancias
puras, sino que son adecuadas para explicar
procesos como la solubilidad de sólidos iónicos
en solventes polares.
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(No Transcript)
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FI ion-dipolo
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FI ion-dipolo
La fuerza ion-dipolo depende de la carga del ion
y del momento dipolar de la molécula
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FI ion-dipolo inducido
Un ion puede inducir un dipolo en una molécula no
polar
-


-
-
-
m 0
m ? 0
Molécula no polar
Dipolo inducido
En general son más débiles que las fuerzas
ion-dipolo permanente
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Las sustancias iónicas se disuelven en solventes
polares porque m tiene un valor apreciable y por
lo tanto FI también
Cuando los solventes son poco polares o no
polares, m es pequeño, FI también lo será y la
solubilidad de la sustancia iónica no se ve
favorecida
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FI de van der Waals
Las fuerzas de van der Waals se presentan en
sustancias formadas por moléculas neutras y
pueden utilizarse para describir las FI en
sustancias puras o en mezclas de sustancias no
iónicas en fases condensadas o en fase gaseosa.

• Las fuerzas de van der Waals se clasifican en
• Fuerzas dipolo-dipolo
• Fuerzas dipolo-dipolo inducido
• Fuerzas dipolo inducido-dipolo inducido, de
  dispersión o de London
• Puentes de hidrógeno

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Cualquier molécula tendrá un momento dipolar neto
dado por
m0 es el momento dipolar de la molécula (C m) y
mide la separación de cargas que ocurre como
consecuencia de la diferencia de
electronegatividad entre los átomos. a es la
polarizabilidad de la molécula (C m2 V-1) e
indica la facilidad con que la nube electrónica
de una molécula puede deformarse por la acción de
un campo eléctrico, E, generado por un ion u otra
molécula. Depende del PMR y de la forma de la
molécula. Otra unidad muy corriente para a es
cm3.
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En moléculas polares m0 ? 0 y a ? 0, ambas
contribuyen al momento neto, pero la contribución
depende del PMR
En moléculas de PMR bajo, m0 gt a, y el momento
neto vendrá dado por el momento dipolar de la
molécula
Pero a PMR medios y altos, la polarizabilidad
juega un papel más importante que el momento
dipolar, m0 lt a
En moléculas no polares m0 0 y a ? 0, sólo la
polarizabilidad contribuye al momento neto
IMPORTANTE la polarizabilidad, a, está presente
en todas las moléculas, sean o no polares
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FI dipolo-dipolo
Ocurren entre moléculas polares, m0 ? 0. Son más
débiles que las fuerzas ion-dipolo
Dependen de la orientación relativa de las
moléculas
En una fase condensada, las rotaciones están
impedidas y hay contribuciones atractivas y
repulsivas. El resultado neto de la interacción
es de atracción
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En fase gaseosa, las rotaciones son libres y las
moléculas maximizan las contribuciones atractivas
pero la energía cinética tiende a mantenerlas
alejadas
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FI dipolo-dipolo inducido
Moléculas con m0 ? 0 pueden inducir momentos
dipolares en moléculas no polares actuando sobre
la polarizabilidad
En fases condensadas, las moléculas no polares
deben acomodarse continuamente a su entorno,
FI(dipolo-dipolo) ? FI(dipolo-dipolo inducido)

• Los líquidos no polares son poco miscibles con
  líquidos polares.

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FI de dispersión o de London
Están presentes en todas las sustancias, pero son
más importantes cuando m0 0 ya que entonces
Son las únicas fuerzas que pueden explicar el
comportamiento de gases monoatómicos
dipolo instantáneo
dipolos inducidos
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Ejercicio 2. Justifique la tendencia en la
temperatura de ebullición de los gases nobles He
(4,6 K), Ne (27,3 K), Ar (87,5 K), Kr (120,9 K),
Xe (166,1 K)
Los átomos no pueden desarrollar momento dipolar,
m0, así que sólo presentarán FI de dispersión
cuya intensidad dependerá de la polarizabilidad,
a
a depende de la forma y del PMR (o PAR). En este
caso, todos los átomos son aproximadamente
esféricos, por lo que la diferencia estará en los
PAR
A mayor PAR, mayor será a, mayor serán las FI y
mayor la temperatura de ebullición.
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Moléculas no polares
Dipolo instantáneo
Dipolo inducido Atracción
En moléculas con m0 ? 0, pueden ser más intensas
que las FI dipolo-dipolo si el PMR es medio o
alto o la forma de las moléculas favorece la
interacción
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C2H6
C6H14
CH4
PMR creciente
FI de dispersión crecientes
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Temperatura de ebullición (ºC)
Nº de electrones (? PMR)
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n-pentano, C5H12
dimetilpropano, C5H12
La forma alargada del n-pentano favorece la
interacción y el desarrollo de dipolos
inducidos FI(n-pentano) gt FI(dimetilpropano)
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Ejercicio 3. Justifique la temperatura de
ebullición de las siguientes sustancias
Teb (K) m0
PMR CH3CH2CH3 231
0,1 44 CH3OCH3
248 1,3 46 CH3Cl
249 1,9
50 CH3CHO 294 2,7
44 CH3CN 355
3,9 41
En este ejemplo podemos esperar que la
contribución de la polarizabilidad sea
aproximadamente la misma para todas las
moléculas. La FI dominante será de tipo
dipolo-dipolo.
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Puentes de hidrógeno
Se establecen entre un átomo de H que forma un
enlace covalente polar con un átomo muy
electronegativo (F, O, N) y un par de electrones
libres de un átomo muy electronegativo cercano
(F, O, N)

• Son más débiles que un enlace químico
• Son más fuertes que las interacciones
  dipolo-dipolo y de dispersión

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Puentes de H en el agua
Puente H
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H2O, NH3 y HF tienen temperaturas de ebullición
anormales respecto a los compuestos análogos
del mismo grupo por la formación de puentes de H
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Por qué el hielo flota en el agua (líquida)?
Tetraedros (OH4) unidos por los vértices.
Las moléculas no pueden acercarse más entre sí
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La densidad del hielo es menor que la del agua!
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Otros ejemplos de puentes de hidrógeno
Ácidos carboxílicos (orgánicos)
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Puentes de H en el ADN
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Estructura de doble hélice
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Las FI no son excluyentes entre sí
Si una molécula presenta FI de tipo puentes de
hidrógeno, también puede presentar FI de tipo
dipolo-dipolo si es polar y presentará FI de
dispersión
Si una molécula presenta FI de tipo
dipolo-dipolo, presentará FI de dispersión
Recordar las FI de dispersión o de London están
siempre presentes
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Ejercicio 4. Cuál sustancia de cada par es la
menos volátil? Indique todas las FI que presentan
cada una de las moléculas
a) ICl o Br2
b) XeF4 o XeF2
c) HCl o HBr
f) H2O o HF (m0(H2O) gt m0(HF))
d) CO2 o NO2
e) O3 o O2
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Ejercicio 5. Justifique los valores de las
temperaturas de ebullición de las siguientes
sustancias. Indique todos los tipos de FI que
presenta cada molécula.
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Comparación de las distintas fuerzas
intramoleculares e intermoleculares
Fuerza
Energía típica (kJ / mol) Enlace iónico
300 a 600 Enlace
covalente 200 a
400 Puente de hidrógeno
10 a 40 Dipolo-dipolo
1 a 5 Dispersión
0,1 a 2

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La molécula está formada por iones?
Ion-dipolo
Hay enlaces NH, OH o FH?
Si
No
Si
No
La molécula es polar?
No
Puentes de H
Si
Dispersión
Dipolo-dipolo
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(No Transcript)