Tema 5. Fuerzas intermoleculares

5.#Fuerzas#intermoleculares

Andrés'Cedillo,'AT/[email protected]/cedillo

5.#Fuerzas#intermoleculares! 5.1.'Características'de'las'fases'de'la'materia

! 5.2.'Tipos'de'fuerzas'moleculares! 5.3.'Propiedades'de'los'líquidos! 5.4.'Cambios'de'fase! 5.5.'Características'de'la'transición'líquido/vapor

5.1.#Características#de#las#fases#de#la#materia– El'comportamiento'macroscópico'de'la'materia'lo'dictan'las'interacciones'entre'las'partículas'microscópicas– El'tipo'de'fuerza'entre'dos'especies'depende'de'las'características'de'éstas

5.1.#Características#de#las#fases#de#la#materia …2

Gases Líquidos SólidosNo'tienen'forma'

propiaNo'tienen'forma'

propia'Tienen'forma'propia

Llenan'el'volumen'del'recipiente

Tienen'volumen'propio

Tienen'volumen'propio

Son'compresibles No'son'compresibles No'son'compresibles

Difusión'rápida Difusión'lenta Difusión'muy'lenta

Son'fluidos Son'fluidos No'fluyen


gas líquido sólido

cambio'en'volumen'muy'grande

5.1.#Características#de#las#fases#de#la#materia …4– Normalmente'se'presentan'fuerzas'atractivas'y'repulsivas– Las'fuerzas'atractivas'se'manifiestan'en'el'fenómeno'de'condensación'(formación'de'un'líquido'a'partir'de'un'vapor)'y'en'la'forma'de'una'gota'de'líquido– Las'fuerzas'repulsivas'están'presentes'en'la'resistencia'de'la'materia'a'ser'comprimida'(compresibilidad)


T"="327"K

0

2

4

6

8

10

0 5 10 15 20V

P

exp GI vdW

2m m

RT aPV b V

= −−

m

RTPV

=

Gas'perfecto'(1834)

Modelo'de'van'der'Waals'(1873)

! Modelos'de'la'ecuación'de'estado'de'los'gases

atracciónrepulsión

5.2.#Tipos#de#fuerzas#moleculares– En'general,'las'fuerzas'intermoleculares'son'más'débiles'que'un'enlace'iónico'o'covalente

ΔHeb ='16'kJ/molEenlace ='431'kJ/mol

5.2.#Tipos#de#fuerzas#moleculares …2! Fuerza'entre'especies'cargadas– Fuerza'de'Coulomb

! Es'proporcional'al'producto'de'las'cargas'e'inversa'con'el'cuadrado'de'la'distancia

V ='k Q+ Q//r

5.2.#Tipos#de#fuerzas#moleculares …3– Fuerza'entre'un'ion'y'un'dipolo

! Depende'de'la'orientación! Es'proporcional'a'la'carga'del'ion'y'a'la'magnitud'del'momento'dipolar'(V ='k r'/2)

5.2.#Tipos#de#fuerzas#moleculares …4! Fuerza'entre'especies'neutras'(de'van'de'Waals)– Interacción entre'especies'polares'(fuerza'dipolar)! Depende'de'la'orientación'entre'los'dipolos

! Es'proporcional'al'producto'punto'de'los'momentos'dipolares'(V ='k r'/3)

5.2.#Tipos#de#fuerzas#moleculares …5

Ejercicio.'Identifique'la'polaridad'de'los'compuestos'de'la'tabla.

5.2.#Tipos#de#fuerzas#moleculares …6– Fuerza'de'dispersión'(de'London)'entre'especies'no'polares! Debida'a'los'dipolos'momentáneos'inducidos'entre'las'mismas'moléculas'(V ='C6 r /6)

! Es'proporcional'al'producto'de'la'polarizabilidad'de'las'moléculas

5.2.#Tipos#de#fuerzas#moleculares …7– Polarizabilidad

! Representa'el'cambio'en'el'momento'dipolar'de'una'especie'por'la'presencia'de'un'campo'eléctrico

! Es'una'medida'de'que'tan'deformable'es'una'especie

! Aumenta'al'moverse'a'la'izquierda'y'hacia'abajo'en'la'tabla'periódica

E

E E


Ejercicio.'Indique'la'fuerza'molecular'más'importante'en'cada'compuesto:'Br2,'Ne,'HCl'y'NO.Ejercicio.'Identifique'el'compuesto'con'la'fuerza'molecular'mayor'y'la'menor:'H2O,'Cl2,'AgCl'y'I2.


! Si'las'moléculas'tienen'forma'y'masa'similares,'la'diferencia'entre'las'fuerzas'de'atracción'se'debe'al'tipo'de'fuerza

! Cuando'las'moléculas'difieren'mucho'en'su'tamaño'y'las'fuerzas'son'similares,'la'fuerza'de'dispersión'es'decisiva'y'es'mayor'para'la'molécula'más'grande

5.2.#Tipos#de#fuerzas#moleculares …10– Puente'de'hidrógeno

! Fuerza'atractiva'que'existe'entre'un'átomo'de'hidrógeno'de'un'enlace'altamente'polar'y'un'par'libre'de'electrones'de'un'átomo'muy'electronegativo'(normalmente'F,'O,'ó'N)

"—Y—H'''':X—#

5.2.#Tipos#de#fuerzas#moleculares …11Puente'de'hidrógeno! Es'una'interacción'distinta'de'una'interacción'tradicional'dipolo/dipolo

! La'energía'de'esta'interacción'va'de'4'a'25'kJ/mol

! Da'estabilidad'a'muchas'biomoléculas,'ya'que'éstas'forman'muchas'interacciones'


! Ejemplo'sencillos


Ejercicio.'Identifique'la'fuerza'intermolecular'de'las'sustancias'y'seleccione'la'de'temperatura'de'ebullición'mayor:'CH3CH3,'CH3OH'y CH3CH2OH.

! Moléculas'con'puente'de'hidrógeno

5.2.#Tipos#de#fuerzas#moleculares …14! Material'genético

T A

C G

5.3.#Propiedades#de#los#líquidos– La'intensidad'de'las'fuerzas'intermoleculares'tiene'efectos'observables'en'la'propiedades'de'los'líquidos– Por'ejemplo,'la'temperatura'de'ebullición'aumenta'cuando'las'fuerzas'de'atracción'son'más'intensas

5.3.#Propiedades#de#los#líquidos …2! Viscosidad– Es'la'resistencia'de'un'líquido'o'un'gas'a'fluir– Se'puede'cuantificar'midiendo'el'tiempo'en'que'se'desaloja'un'volumen'fijo– El'movimiento'de'las'partículas'depende'de'la'fuerza'de'atracción'entre'ellas'y'de'la'forma'molecular'

5.3.#Propiedades#de#los#líquidos …3

– En'los'gases,'aumenta'con'la'temperatura'(más'colisiones)'– En'los'líquidos,'disminuye'con'la'temperatura'(mayor'movilidad)

5.3.#Propiedades#de#los#líquidos …4! Tensión'superficial– Es'la'energía'requerida'para'aumentar'el'área'de'la'superficie'de'un'líquido'en'una'unidad! Agua:'0.0729'J/m2

!Mercurio:'0.46'J/m2

5.3.#Propiedades#de#los#líquidos …5– Las'moléculas'en'la'superficie'sienten'un'fuerza'neta'hacia'el'interior'del'líquido'y'el'área'de'la'superficie'tiende'a'su'valor'mínimo– La'fuerza'neta'hacia'el'interior'se'incrementa'al'aumentar'las'fuerzas'intermoleculares'(p.e.'agua'y'mercurio)

5.3.#Propiedades#de#los#líquidos …6– Las'fuerzas'de'cohesión'tratan'de'mantener'unidas'a'las'moléculas'de'un'material– Las'fuerzas'de'adhesión'se'presentan'cuando'un'fluido'está'en'contacto'con'una'pared

Agua Mercurio– La'capilaridad'se'debe'a'las'fuerzas'de'adhesión

5.4.#Cambios#de#fase

– Cuando'cambia'el'estado'de'agregación'de'un'sistema'se'dice'que'ocurre'un'cambio'de'fase'o'una'transición'de'fase– Estos'cambios'involucran'una'transferencia'de'energía'(en'forma'de'calor)

5.4.#Cambios#de#fase#…2

– Un'cambio'de'fase'ocurre'a'presión'y'temperatura'constantes


– La'entalpía'de'los'cambios'de'fase'depende'de'la'intensidad'de'las'fuerzas'intermoleculares


– Un'diagrama'de'fases'muestra'las'condiciones'en'donde'cada'fase'es'estable

– En'el'punto'triple'tres'fases'están'en'equilibrio'


– La'pendiente'de'las'líneas'tiene'una'relación'inversa'con'el'cambio'en'el'volumen'durante'la'transición'de'fase


– En'el'punto'crítico,'las'fases'fluidas'son'iguales– Las'condiciones'del'punto'triple'y'crítico'son'características'de'cada'substancia

Ver'en'el'texto'el'uso'del'CO2 líquido'para'extraer'compuestos'no'polares,'por'ejemplo'cafeína'(sección'11.4).


– Cambios'de'fase'en'el'agua

5.5.#Transición#líquidoFvapor! Presión'de'vapor– Es'la'presión'de'equilibrio'del'vapor'que'genera'por'un'líquido'en'un'recipiente'cerrado

5.5.#Transición#líquidoFvapor#…2– En'el'equilibrio,'la'cantidad'de'moléculas'del'vapor'que'pasan'al'líquido'es'igual'a'las'del'líquido'que'se'transforman'en'vapor'– La'presión'de'vapor'se'incrementa'con'la'temperatura– Las'fuerzas'de'atracción'entre'las'moléculas'del'líquido'afectan'a'la'presión'de'vapor

5.5.#Transición#líquidoFvapor#…3! Temperatura'de'ebullición– Es'la'temperatura'en'la'cual'un'líquido'se'transforma'en'vapor,'a'presión'constante– La'ebullición'ocurre'cuando'la'presión'de'vapor'es'igual'a'la'presión'atmosférica– La'temperatura'de'ebullición'depende'de'la'magnitud'de'las'fuerzas'moleculares'atractivas

5.5.#Transición#líquidoFvapor#…3

5.6.#Tipos#de#sólidos

– Los'sólidos'se'clasifican'por'el'tipo'de'especies'que'lo'forman

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