Las fuerzas intermoleculares son el conjunto de fuerzas de naturaleza atractivas o repulsivas que se producen entre las molculas como consecuencia de su polaridad y/o polarizabilidad. Aunque son considerablemente mucho ms dbiles que los enlaces qumicos, no dejan de ser importantes para explicar las propiedades fsicas de las sustancias. 41 kJ para evaporar 1 mol de agua (enlaces de hidrgeno)930 kJ para romper todos los enlaces O-H en 1 mol de agua (enlaces covalentes)Para formarnos una idea, se requiere:

Algunas propiedades que estn afectadas por las fuerzas intermoleculares: Punto de fusin y Hfusin Punto de ebullicin y Hvap Presin de vapor Solubilidad Densidad Viscosidad Tensin superficial

Factores que influyen en las fuerzas intermoleculares: Tamao de la molcula (polarizabilidad y rea superficial) Forma de la molcula Polaridad (Electronegatividad)

Momentos dipolares y molculas polares

Alta densidadelectrnicaBaja densidadelectrnicam = d x dd: Carga o fraccin de cargas elctricasd: Longitud de enlaceUnidad: 1 D = 3.36 x 10-30 C.mdUn enlace presenta mayor polaridad, cuando se desarrollan mayores fracciones de carga y, adems, estn ms separadas.

11.2La polarizabilidad es la propiedad de inducir dipolos elctricos en las molculas y/o tomos, por la presencia de cargas o fracciones de carga elctrica. La polarizabilidad es funcin:Tamao de la molcula (masa molar) y en caso de los ismeros disminuye con las ramificaciones

Las fuerzas de dispersin de London se forman debido a la atraccin de dipolos instantneos y complementarios. Un momento dipolar instantneo en una molcula puede inducir a un momento dipolar instantneo en una molcula vecina. Una interaccin atractiva dipolo inducido-dipolo inducido duran slo una fraccin de segundo, por lo que son muy dbiles y de muy corto alcance; no obstante, son interacciones universales.

El metano, CH4, a pesar de que no tiene un dipolo permanente, puede formar dipolos instantneos. Estos pueden, por induccin formar otros dipolos instantneos en otras molculas.

Todos los compuestos exhiben fuerzas de dispersin de London. El rea superficial de la molcula determina la intensidad de la fuerza de dispersin de London . Cuanto mayor sea el rea de superficial, mayor es rea de contacto, entre las molculas, mayor es la polarizabilidad, lo que se traduce en una intensificacin de las fuerzas de dispersin de London. En el caso de los ismeros, las ramificaciones reducen el rea superficial de contacto y aumenta la distancia e separacin de las molculas, lo que debilita significativamente la intensidad de las Fuerzas de dispersin de London.

Los tomos ms grandes, como el yodo, son ms polarizable que los tomos ms pequeos, como el flor. As, dos molculas de F2 tienen poca fuerza de atraccin entre ellos, ya que los electrones se mantienen firmes, alrededor de los ncleos del flor y los dipolos insntantneos son ms difciles de producir.

Al acercarse un dipolo permanente a una molcula no polar genera sobre sta una distorsin de la nube electrnica, originando un dipolo instantneo.

Polar - Apolar Dipolo Polar inducido

Interacciones presentes, por lo general en procesos de solvatacin, y son atracciones entre un ion y el dipolos de carga opuesta de una molcula polar. La magnitud de la atraccin aumenta con la carga del ion y el momento dipolar de la molcula polar.

d(+)d(+)d(+)d(+)d(+)d(+)d(+)d(+)d(+)d(+)d(+)d(+)d(+)d(+)d(+)d(-)d(-)d(-)d(-)d(-)d(-)d(-)d(-)d(+)

son las fuerzas de atraccin entre los dipolos permanentes de dos molculas polares. Veamos la molcula acetona. Los dipolos en las molculas adyacentes se alinean de manera que las cargas parciales positivas y negativas estn en estrecha proximidad. Estas fuerzas de atraccin causadas por dipolos permanentes son mucho ms fuertes que las fuerzas dbiles de Van der Waals.

Tpicamente se produce en aquellas molculas que contienen enlaces O-H, N-H, F-H, y son atracciones electrostticas entre los hidrgenos de gran fraccin de carga positiva (por estar unidos al O, N, o F ) a los pares solitarios de electrones del O, N, o F, los cuales desarrollan gran fraccin de carga negativa.

A aquellas molculas que presentan este tipo de interacciones moleculares se les denomina lquidos asociados (en la fase lquida) y a masa molar parecida, son las interacciones ms fuertes. N-Hd(+)---d(-) :N-H < O-Hd(+) ----- d(-):O-H < O-Hd(+) ----- d(-):N-HTarea: como se puede explicar estos hechos:

Por qu el enlace de hidrgeno se considera una interaccin especial dipolo-dipolo?

Densidad del agua11.3 El agua es una sustancia nicaTemperaturaDensidad (g/mL)Estructura tridimensional del hielo

Si una sustancia presenta interacciones enlaces de hidrgeno, tambin puede presentar interacciones de tipo dipolo- dipolo (si es polar), presentando, adems fuerzas de dispersin de (London). Es decir, las interacciones no son excluyentes entre s.Si una sustancia presenta interacciones tipo dipolo- dipolo, presentar tambin fuerzas de dispersin (London). Las fuerzas de dispersin (o de London) estn actuando siempre entre todo tipo de molculas.En molculas polares ( 0), las fuerzas de dispersin de London pueden ser ms intensas que las interacciones dipolo- dipolo, especialmente si la masa molar es media o alta, o si la forma de las molculas favorece la interaccin.

Importancia relativa de las fuerzas de van der Waals en diferentes sustancias.

sustanciam(D)% dipolo-dipolo%dipolo-dipolo inducido%LondonHe000100CO0,100100HI0,40,10,499,5HBr0,83,32,294,5HCl1,014,44,281,4CH3CH3OH1,755,012,632,4CH3OH1,763,414,422,2H2O1,877,04,019,0

El punto de ebullicin es aquella temperatura a la cual la presin de vapor de un lquido se iguala con la presin externa, producindose el equilibrio lquido-vapor. Coloquialmente, se dice que es la temperatura a la cual un lquido hierve, producindose el cambio de la base lquida a la fase vapor.

T(C)Presin de vapor H2O(torr)T(C)Presin de vapor H2O(torr)04.62321.188.03542.298.64055.31512.870233.71613.675289.11714.580355.11815.585433.61916.590525.82017.595633.92118.7100760.02219.8105906.1

Fuerzas de dispersin de London en el n-hexano

El punto de ebullicin de los alcanos aumenta con el tamao de la molcula y en el caso de los ismeros disminuye con las ramificaciones. Aproximadamente, despus del n-hexano, el punto de ebullicin aumenta entre 20-30 C, por cada carbono aadido a la seria homloga.

CompuestoPresin vapor20C (kPa)Punto de ebullicin (C)n-pentano57.336n-hexano18,269n-heptano4,9982-metilhexano7,4903-metilhexano6,892n-octano1,51263-metilheptano2,4115n-nonano0,75151n-decano0,24174

Cuadro 1: Propiedades fsicas de los alcanos.

(Fuente: Primo Yfera)Los alcanos son voltiles, inflamables, combustibles, incoloros, y, generalmente, sin olor (el metano y algunos miembros superiores poseen un ligero olor aliceo).

Alcano Frmula semidesarrollada Punto fusin C Punto ebullicin C Da Estado deagregacin a 25 C MetanoCH4-183-1620.42GasEtanoCH3- CH3-172-890.55GasPropanoCH3- CH2- CH3-188-420.50Gasn-ButanoCH3- CH2- CH2 -CH3-135-10.58GasIsobutano(CH3)3 CH-159-120,59Gasn- PentanoCH3- (CH2)3 -CH3-130360.63LiquidoIsopentano(CH3)2CHCH2-CH3-160280,6lquidoNeopentano(CH3)4C-16,690,6gasn-IcosanoCH3- (CH2)18 -CH3-36.83430.78slido

Cicloalcanop.eb. (C)p.f. (C)densidad 20C(g/mL)ciclopropano-32.7-127.6ciclobutano12.5-50.00.720ciclopentano49.3-93.90.746ciclohexano80.76.60.779cicloheptano118.5-12.00.810ciclooctano148.514.30.835ciclododecano160 (100 mmHg)64.00.861

Se muestran los puntos de ebullicin de tres ismeros de frmula molecular C5H12. El ismero de cadena larga (n-pentano) es el que tiene mayor rea superficial y el punto de ebullicin ms alto. A medida que las ramificaciones de la cadena aumentan, las molculas se hacen ms esfricas y su rea superficial disminuye. El ismero que tiene ms ramificaciones (neopentano) tiene el rea superficial ms pequea y el punto de ebullicin ms bajo.

Elpunto de fusines la temperatura a la cual las sustancias slidas funden, estableciendo un equilibrio slido-lquido. Por lo general la tendencia del punto de ebullicin de los alcanos se mantiene para sus puntos de fusin. Es decir, el punto de fusin aumenta con el tamao de los alcanos. Sin embargo, Hay una diferencia significativa entre los puntos de fusin y los punto de ebullicin: los slidos tienen una estructura ms rgida que los lquidos. Esta estructura rgida requiere energa para poder romperse durante la fusin. En consecuencia, las estructuras slidas mejor constituidas requerirn de mayor energa para la fusin.

Los alcanos de longitud de carbonos impar tienen puntos de fusin ligeramente menores que los esperados, comparados con los alcanos superiores de longitud de carbonos par. Esto es debido a que los alcanos de longitud par se empacan mejor en la fase slida, formando una estructura cristalina ms compacta, que requiere mayor energa para romperse.

En el caso de los ismeros alcanos, el punto de fusin aumenta con las ramificaciones (no se presenta la misma tendencia que los puntos de ebullicin). Las ramificaciones de un alcano ismero, al presentar menor rea superficial, generan estructuras cristalinas ms compactas y se requiere de mayor temperatura para poder romperlas.

La densidad de los alcanos es inferior a la unidad. La densidad de los n-alcanos aumenta regularmente con el nmero de carbonos de la seria homloga. Una los factores explicativos est relacionado que con el aumento de la cadena carbonada, aumenta intensidad de las interacciones moleculares. Para poder validar esta hiptesis se debera analizar la densidad de las alcanos ismeros.

Lasolubilidades una medida de la capacidad de dispersar homogenamente una sustancia en un determinado medio denominado disolvente. Dos sustancias son solubles entre s, si entre ambas sustancias se pueden formar interacciones moleculares. Similia , similibus solventur.Las interacciones que permiten explicar la solubilidad de la sal en agua, son las interacciones moleculares ion-dipolo.

Los alcanos son insolubles en agua debido a su baja polaridad y a su incapacidad para formar interacciones moleculares entre el alcano (fuerzas de london) y el agua (enlaces de hidrgeno). Los alcanos (Fuerzas de London) lquidos son miscibles entre s y generalmente se disuelven en disolventes de baja polaridad (fuerzas de london), debido a que entre ambas sustancias pueden formar fuerzas de dispersin de London. En consecuencia, los buenos disolventes para los alcanos son el benceno, tetracloruro de carbono, cloroformo y otros alcanos.

*El etanol es soluble en el agua, porque entre ambas sustancias se pueden formar enlaces de hidrgenoEl CCl4 y el CH3Cl no son solubles en agua debido a que entre el halogenuro de alquilo y el agua no se pueden formar interacciones moleculares.

Todo compuesto orgnico oxigenado o nitrogenado presentan una correlacin de fuerzas entre fuerzas de dispersin de London significativas en la cadena carbonada e interacciones moleculares dipolo-dipolo o enlaces de hidrgeno, segn sea el caso en el grupo funcional. Si el nmero de carbonos es inferior a cuatro, por cada grupo funcional presente, los enlaces de hidrgeno son las interacciones predominantes. En consecuencia, estos compuestos presentan solubilidades significativas en agua, porque entre ambas sustancias se pueden formar interacciones moleculares (enlaces de hidrgeno). En el caso de las aminas, debido a que los enlaces de hidrgeno O-Hd(+) -----d(-):N-H, son ms fuertes, que los N-Hd(+)---d(-):N-H o los enlaces O-Hd(+) ---- d(-):O-H, la solubilidad es significativa hasta seis tomos de carbono.

Si el nmero de carbonos es superior a cuatro tomos de carbono, por cada grupo funcional, las fuerzas de dispersin de London son las interacciones predominantes y la solubilidad disminuye drsticamente con el incremento del nmero de carbonos en la serie homloga.

Puntos de ebullicin de sustancias que presentan interacciones moleculares dipolo-dipoloEstructura m(D)Pto. eb. (oC)CH3CH2CH3440,1-42CH3OCH3461,3-25CH3Cl501,9-24CH3CHO442,721CH3CN413,981

Alcoholp.f. (oC)p.eb. (oC)Densidad (g/mL)Solubilidad (g/100 g agua)metanol-9764,50,793Etanol-11578,30,7891-propanol-126970,8042-propanol-8682,50,7981-butanol-901180,8107,92-butanol-11499,50,80612,52-metil-2-propanol25,5830,7892-metil-1-propanol-1081080,80210,01-pentanol-78,51380,8172,31-hexanol-52156,50,8190,61-heptanol-341760,8220,21-octanol-151950,825insoluble1-dodecanol24--Insoluble1-hexadecanol49--insoluble

Puntos de ebullicin de compuesto oxigenados o nitrogenados de masa molar semejanteEstructuraPto. eb. (oC)Solubilidadg/100 g agua)CH3CH2OCH36010,8(CH3)3N59391CH3CH2NHCH35936CH3CH2CH2NH25947,8

CH3CH2CHO584920CH3COCH35856CH3CH2CH2OH6097CH3COOH60118

CH3CONH259221,2

*****Clatratos de metano*