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rea Acadmica de Ciencias Bsicas

Informe N 5ENLACE QUMICO Y FUERZAS INTERMOLECULARES

QU 117 B

Realizado por: Mesa: C3Wong Muoz Carlos Esteban

Ynca Berrospi Anthony Joshep Nota Del Informe

Profesores responsables de la prctica:Ing. Benites Mitma Wilman VicenteIng. Tarsila Tuesta Chvez

Periodo Acadmico: 2011- 1

Fecha de realizacin de la prctica: 11-05-2011Fecha de presentacin del informe: 18-05-2011

LIMA PER

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Enlace qumico y fuerzas intermoleculares

1. Objetivo generalComprender la teora de enlace valencia empleando modelos moleculares y poderexplicar la geometra de las especies qumicas mediante la teora de la hibridacin.

Conocer algunas propiedades de las sustancias y su relacin con los parmetrosde la estructura molecular, as como las fuerzas intermoleculares.2. Fundamento terico

Enlace QumicoSolo los gases nobles se presentan como tomos separados, en los materiales denuestra vida diaria en su mayora los elementos estn unidos por enlacesqumicos .Un enlace qumico es representado por lneas entre tomos palosconectando esferas, pero en trminos qumicos es el efecto que causan dostomos lo suficientemente cerca para estar a ms baja energa que cuando ellosestn a otra distancia y es del orden de 100 KJ por mol. Las fuerzas atractivas quemantienen juntos los elementos que conforman un compuesto, se explican por la

interaccin de los electrones que ocupan los orbitales ms exteriores de ellos. Laspropiedades peridicas como la energa de ionizacin y la afinidad electrnica,predicen la transferencia directa de electrones entre elementos y conformarenlaces de tipo inico compartir los electrones de los niveles ms externos paraconformar configuraciones ms estables (de gas noble) y formar enlaces de tipocovalente. Las propiedades fsicas y qumicas para la gran mayora de loscompuestos se explican por las diferencias que presentan los tipos de enlace entrelos elementos. El resultado de estas atracciones permite definir las molculascomo agregados de tomos con propiedades distintas y distinguibles; de hecho lasmolculas pueden ser muy estables o altamente reactivas.

Enlace inicoCuando se transfieren electrones de un elemento metlico a uno no metlico,existe una atraccin electrovalente entre el catin y el anin lo cual produce uncompuesto de tipo inico y cuya estructura generalmente es cristalina, como es elcaso del sodio y la el cloro que por sus distribuciones electrnicas buscan unamayor estabilidad formando una sal donde cada in de cloro est rodeado por seiscationes de sodio y cada sodio rodeado por seis aniones de cloro. Mediante unatransferencia de un electrn al cloro de cada sodio adquiere la distribucin delnen Na: [Ne] 3s1Na+ [Ne]+ e-Mediante la transferencia de un electrn del sodio, el cloro adquiere la distribucin

del argn Cl: [Ne] 3s23p5 + e-Cl- [Ar]La reaccin entre el sodio slido y el cloro gaseoso es espontnea, latransferencia de electrones entre el metal y el no metal est asociada a un calor de

formacin del NaCl (s) y presenta las etapas de cambio del sodio de slido a

gas con un cambio de = 92kJ por la energa necesaria para el cambio deestado , luego en el proceso existe un paso de molculas de cloro a tomos de

cloro y para romper dicho enlace se requieren = 121 KJ; la ionizacin del

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sodio al pasar de sodio gaseoso a in sodio gaseoso Na+ requiere de = 496KJ (energa de ionizacin) y la adicin de un electrn al cloro gaseoso requiere de

= -349 KJ (afinidad electrnica). La combinacin final de los iones tiene un

cambio de = -771.

Balanceando termoqumicamente este proceso para la formacin del cloruro desodio tenemos:

Transformacin , KJ

Na (s) Na (g) 92

Cl2(g) Cl(g) 121

Na (s) Na+ (g) + e- 496

Cl (g) +e-Cl- -349

Na+(s)+ Cl-(g) NaCl(s) -771

Na (s) + Cl2(g) -441

Este ciclo de cambios se denomina Bohr-Haber y se aplican en la ley de Hess, laenerga del NaCl(s) corresponde a 771kJ y se conoce como la energa de la redcristalina y por norma general entre ms alta sea la energa de la red mayor es elpunto de fusin y la dureza del slido formado. Asimismo al aumentar la carga delos iones manteniendo el mismo tamao la energa de la red se incrementa.

Enlace covalenteCuando no existe suficiente diferencia de electronegatividad para que existatransferencia electrnica, resultan dos tomos compartiendo uno o ms pares deelectrones y forman una molcula con energa de atraccin dbil en resultadoposeen bajos puntos de fusin y ebullicin en comparacin con los inicos. Los

enlaces pueden ser simples, dobles y triples, segn la forma de compartir uno, doso tres electrones.La energa de las fuerzas de atraccin o repulsin entre los elementos queconforman un enlace inico es funcin de la distancia internuclear llegando a unadistancia mnima donde se compensa las fuerzas de atraccin y de repulsin, lacual se denomina distancia de enlace.Fuerzas intermolecularesSon fuerzas de atraccin entre las molculas, y son las principales responsablesde las propiedades macroscpicas de las molculas.Se dividen en dos grandes grupos:

Fuerzas in-dipolo Fuerzas de van der Waals

Dipolo - Dipolo Dipolo Dipolo inducido Fuerzas de dispersin de London Enlace puente de hidrgeno

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3. Parte experimentalReactivos, materiales, instrumentos y equipos:HCl, CH3COOH, agua, etanol, NaOH, NH3(ac), azcar, NaCl, KCl 0,1 M. Multmetro,tubo en U, termmetro, electrodos de carbono, lbulos, esferas y ejes dediferentes tipos (modelos moleculares).

1. Teora del enlace de valencia

a. Objetivo especficoConocer las estructuras segn la teora del enlace de valencia de distintasespecies qumicas, poder analizar las caractersticas de su geometramolecular, polaridad, y poder deducir sus propiedades fsicas.

b. ObservacionesEn este experimento se construyeron modelos moleculares de distintassustancias para observar su geometra molecular, hibridacin, tipos de enlace

y as poder deducir sus propiedades.O2:

8O2p o2s 1s Enlaces 1 Enlaces covalentes apolares 1Enlaces 1 Enlaces covalentes polares 0Momento dipolar 0Geometra molecular LinealTipo de molcula Apolar

Fuerza intermolecular predominante Fuerzas londonN2:

7N2p o2s 1s Enlaces 1 Enlaces covalentes apolares 1Enlaces 2 Enlaces covalentes polares 0Momento dipolar 0Geometra molecular LinealTipo de molcula Apolar

Fuerza intermolecular predominante Fuerzas londonHCl:

1H 17Cl3p o3s 2p 2s

1s 1s

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Enlaces 1 Enlaces covalentes apolares 0Enlaces 0 Enlaces covalentes polares 1Momento dipolar 1,03 DGeometra molecular LinealTipo de molcula PolarFuerza intermolecular predominante Dipolo DipoloHCN:1H 6C 7N

2p 2p o2s 2s

1s 1s 1s Enlaces 2 Enlaces covalentes apolares 0Enlaces 2 Enlaces covalentes polares 2Momento dipolar 2,09 DGeometra molecular LinealTipo de molcula PolarFuerza intermolecular predominante Dipolo DipoloCO2:6C 8O2p 2p 2s 2s 1s 1s Enlaces 2 Enlaces covalentes apolares 0Enlaces 2 Enlaces covalentes polares 2Momento dipolar 0Geometra molecular LinealTipo de molcula ApolarFuerza intermolecular predominante Fuerzas londonC2H4:1H 6C

2p 2s

1s 1s

Enlaces 5 Enlaces covalentes apolares 1

Enlaces 1 Enlaces covalentes polares 4Momento dipolar 0Tipo de molcula ApolarFuerza intermolecular predominante Fuerzas london

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C2Cl2H2:

1H 6C 17Cl3p 3s

2p 2p o

2s 2s 1s 1s 1s

Enlaces 5 Enlaces covalentes apolares 1Enlaces 1 Enlaces covalentes polares 4Momento dipolar 1,85 D (cis-) ; 0 (trans-)Tipo de molcula Polar (cis-) ; Apolar (trans-)Fuerza intermolecular predominante Dipolo dipolo, Fuerzas london*Presenta isomera geomtricaSO2:

8O 16S

3p o3s 2p o 2p 2s 2s 1s 1s

Enlaces 2 Enlaces covalentes apolares 0Enlaces 1 Enlaces covalentes polares 2Momento dipolar

Geometra molecular AngularTipo de molcula PolarFuerza intermolecular predominante Dipolo DipoloC6H6:

1H 6C2p 2s

1s 1s

* Cis-1,2-dicloroeteno Trans-1,2-dicloroeteno

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Enlaces 12 Enlaces covalentes apolares 6Enlaces 3 Enlaces covalentes polares 6Momento dipolar 0Tipo de molcula ApolarFuerza intermolecular predominante Fuerzas londonCH4:

1H 6C2p 2s

1s 1s

Enlaces 4 Enlaces covalentes apolares 0

Enlaces 0 Enlaces covalentes polares 4Momento dipolar 0Geometra molecular TetradricaTipo de molcula ApolarFuerza intermolecular predominante Fuerzas londonH2O:

1 H 8O2p o2s

1s 1s

Enlaces 2 Enlaces covalentes apolares 0Enlaces 0 Enlaces covalentes polares 2Momento dipolar 1,84 DGeometra molecular AngularTipo de molcula ApolarFuerza intermolecular predominante Puente de hidrgeno(SO4)

2-:

8O 16S3p o

3s 2p o 2p 2s 2s 1s 1s

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Enlaces 4 Enlaces covalentes apolares 0Enlaces 1 Enlaces covalentes polares 4Momento dipolarTipo de molcula PolarFuerza intermolecular predominante Dipolo dipoloH2O2:

1 H 8O2p o2s

1s 1s

Enlaces 3 Enlaces covalentes apolares 1Enlaces 0 Enlaces covalentes polares 2Momento dipolar 2,26 D

Tipo de molcula PolarFuerza intermolecular predominante Puente de hidrgenoC2H6:

1H 6C2p 2s

1s 1s

Enlaces 7 Enlaces covalentes apolares 1

Enlaces 0 Enlaces covalentes polares 6Momento dipolar 0Tipo de molcula ApolarFuerza intermolecular predominante Fuerzas londonC3H4:

1H 6C2p 2s

1s 1s

Enlaces 6 Enlaces covalentes apolares 2Enlaces 2 Enlaces covalentes polares 4Momento dipolar 0Tipo de molcula ApolarFuerza intermolecular predominante Fuerzas london*Presenta isomera de funcin

* Propino 1,2-propadieno

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PF5:

9F 15P3p o3s

2p 2p

2s 2s 1s 1s Enlaces 5 Enlaces covalentes apolares 0Enlaces 0 Enlaces covalentes polares 5Momento dipolar 0Geometra molecular BipiramidalTipo de molcula ApolarFuerza intermolecular predominante Fuerzas london

c. Figuras, diagramas y/o grficos

(Figura 1.1 estructura del O2)

(Figura1.2 estructura del N2)

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(Figura 1.3 estructura del HCl)

Figura 1.4 estructura del HCN)

(Figura 1.5 estructura del CO2)

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(Figura 1.6 estructura del C2H4)

(Figura 1.7 estructura del SO2)

(Figura 1.8 estructura del C6H6)

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(Figura 1.9 estructura del CH4)

(Figura 1.10 estructura del H2O)

(Figura 1.11 estructura del H2O2)

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(Figura 1.12 estructura del C2H6)

(Figura 1.13 estructura PF5)

d. ConclusionesEs importante realizar este ejercicio porque nos ayuda a comprender mejor la

teora, ya que armando nosotros mismos las estructuras de los compuestos,entendemos mejor como se ordenan los tomos en cada molcula, como seforman los enlaces y cmo es la geometra.

e. RecomendacionesTener cuidado al armar los modelos moleculares, hay que ser cuidadoso paraseleccionar bien las piezas, distinguir bien entre un orbital lleno y uno semillenoentre otras cosas.

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2. Comprobacin de algunas propiedades que dependen del tipo de enlacey estructura qumica

a. Objetivo especficoConocer el comportamiento de algunos compuestos, en este caso su

conductividad elctrica y contrastando estas propiedades con sus estructuras,tipo de enlace y fuerzas intermoleculares que poseen dichos compuestos.

b. ObservacionesEn esta experiencia se observ que en un tubo doblado en forma de U severtan varios compuestos para luego introducir dos electrodos de carbono,despus se conectaban a un multitster, el cual nos indica cul es laresistencia elctrica (medida en ohmios) de cada compuesto (ver fig.2.1).

c. Figuras, diagramas y/o grficos

(Figura 2.1 tubo doblado en U que contiene un compuesto

listo para colocar el multitster)

d. Clculos y resultados

Compuesto NaCl0.1 M

HCl0.1 M

KCl0.1 N

CH3COOH0.1 M

NaOH0.1 M

NH30.1 M

Lectura deR en 5.3K 0.9 K 5 K 85 K 4.23 K 29 K

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CompuestoEtanol

Solucinacuosa deazcar blanca

Solucinacuosa deazcar rubia

Aguadesionizada

Lectura de Ren 3400 K 160 K 50 K 1300 K

Como datos iniciales tenemos: Solucin patrn: KCl Temperatura de la solucin patrn: 22,5

Temperatura 18C 25CConductividad especficaKCl 0,1 N (cm. )

-10,01117 0,01286

Usando estos datos podemos obtener el k del KCl a 22,5Ck = 0,012288 (cm. ) -1

Como tenemos el valor de R, podemos usar la ecuacin:

Reemplazando Con el valor de la constante de celda ya podemos hallas k para las dems

soluciones.

Compuesto

NaCl 0,1M

HCl 0,1M

KCl 0,1N

CH3COOH0.1M

NaOH0,1 M

NH3 0,1M

Conductividad

especfica(cm. ) -1

1159,2

6826,7

1228,8

72,2

1452,4

211,86

Compuesto Etanol Solucinacuosa deazcarblanca

Solucinacuosa deazcar rubia

Aguadesionizada

Conductividadespecfica(cm. ) -1

1,8 38,4 122,8 4,7

e. ConclusionesComo podemos observar se cumple que:k(HCl)>k(NaOH)>k(NaCl)>k(NH3)>k(A. rubia)>k(CH3COOH)>k(A. blanca)>k(Agua desionizada)>k(etanol) ; y esto est bien porque el HCl al ser un cidofuerte debe disociarse casi en un 100% y tener alta conductividad, al igual queel NaOH al ser una base fuerte, El NaCl les sigue de cerca al ser una sal muysoluble en agua. Entonces hemos podido comprobar la teorasatisfactoriamente.

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f. RecomendacionesUna recomendacin para este experimento sera que el tubo queutilizamos para medir la resistencia elctrica de cada compuesto sedebe lavar previamente para que la medicin de la resistencia sea msexacta.

4. Cuestionario4.1. Proponga un ejemplo de cada una de las siguientes isomeras:

de funcin, de posicin, de cadena, geomtrica, ptica. Asmismo indique algunas propiedades que las hace diferentes(ejemplo: temperatura de ebullicin).Isomera de funcin: Este tipo se da en ciertos casos entre molculasque tienen distintos grupos funcionales. As, el alcohol etlico contieneel grupo hidroxilo mientras que el termetlico tiene el grupo metoxilo,-OCH3. Estos dos compuestos son ismeros debido a su frmula

molecular comn, C2H6O. De manera similar, la acetona y elpropionaldehdo son ismeros funcionales, as como el cido actico yel formiato de metilo.

Como podemos observar en el primer ejemplo, en la primera molculahay puente hidrgeno, mientras en la segunda solo hay london, en elsegundo ejemplo las dos molculas tienen dipolo dipolo por lo que se

entiende que en la isomera de funcin las propiedades pueden sermuy diferenciadas o no tanto, pero nunca van a ser del todo iguales.

Isomera de posicin: Este tipo de isomera resulta de la posibilidadde colocar grupos funcionales en posiciones estructuralmente noequivalentes sobre un mismo esqueleto carbonado. Supongamos quesustituimos uno de los tomos de hidrgeno del hidrocarburo butano,CH3CH2CH2CH3, por un grupo hidroxilo. Numerando los carbonos de lacadena del butano y realizando esta sustitucin en el carbono extremo(C1), obtenemos un alcohol llamado butanol-1. Si sustituimos unhidrgeno del C2 por -OH, obtenemos el alcohol ismero butanol-2,

que difiere en la posicin del grupo hidroxilo. Obsrvese que, sinembargo, si realizamos la sustitucin en el C3, no obtenemos un tercerismero. Las dos representaciones que se indican para el butanol-2son estructuralmente idnticas, como se puede ver girando suestructura 180 grados alrededor de un eje.

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Isomera de cadena: Este tipo de isomera se produce como resultado

de las diferentes secuencias permisibles de los tomos de carbono quepueden formar una estructura de Kekul, segn se ilustra en lasfrmulas estructurales de los tres hidrocarburos C5 ismeros, lospentanos. Obsrvese que la nica diferencia estructural entre estosismeros es la ordenacin del esqueleto carbonado.

Las estructuras de los ismeros del pentano cclico tambin muestrandiferencias en la disposicin del esqueleto. Sin embargo, notamos que,aunque tambin son pentanos (hidrocarburos C5), el grupo cclico noes isomrico con el acclico. La frmula molecular de los ismeros delpentano acclico es C5H12, mientras que la de los ismeros cclicos esC5H10.

Isomera geomtrica: Los enlaces covalentes de los distintoselementos estn orientados espacialmente en direccionescaractersticas, cualquier molcula en la que haya una secuencia detres tomos tendr un determinado ngulo de enlace asociado altomo central de la secuencia. Los ngulos de enlace no son del todoinvariables, sino que pueden sufrir ligeras deformaciones segn varenlos requerimientos espaciales de los sustituyentes unidos al tomocentral. La distancia entre los ncleos se llama longitud de enlace, ydepende no slo de los tomos unidos, sino tambin del grupo

funcional del que forman parte. As las longitudes de enlace carbono-carbono varan dependiendo de que tengamos un enlace sencillo,doble o triple. De acuerdo con tales datos, las caractersticasestereoqumicas de un hidrocarburo del tipo del buteno-2, CH3-CH=CH-CH3, se pueden representar mediante los dibujos en

http://rabfis15.uco.es/weiqo/Tutorial_weiqo/Hoja12P1.htmlhttp://rabfis15.uco.es/weiqo/Tutorial_weiqo/Hoja12P1.html

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perspectiva 1a y 1b.

Obsrvese que existen dos modos mediante los que se pueden unir losgrupos CH3 a los carbonos entre los que existe el doble enlace o biendel mismo lado del plano del doble enlace (equivalente al plano delpapel en 1a y1b) o bien por lados opuestos. Ahora bien, unacaracterstica muy importante de los dobles enlaces es su rigidez ofalta de rotacin libre. As, la estructura 1a no se puede convertir en la1b por giro de un tomo de carbono 180 grados con respecto al otro.Como podemos observar en el ismero cis el momento dipolar es

diferente de cero por lo tanto tendr mayor temperatura de ebullicin,punto efusin, etc., en cambio en el ismero trans el momento dipolar

es cero, por lo que solo actuaran las fuerzas London.Isomera ptica: De la naturaleza tetradrica del carbono se deducenalgunas conclusiones muy importantes. En primer lugar, las estructurasde Kekul, tales como las 1a y 1b representadas, que tienen tresgrupos distintos (H, A y B) unidos al carbono, no representan ismerosde posicin. Esto resulta obvio inmediatamente cuando se las mira enperspectiva (1c y 1d), pues se ve que las dos estructuras son idnticas

excepto por su orientacin en el espacio; la 1c se puede superponercon la 1d sin ms que darle un giro de 120 grados alrededor del eje desu enlace C-A, despus de lo cual se ve que las posiciones de todoslos tomos en cada estructura son las mismas.

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Sin embargo, si hay cuatro grupos diferentes unidos a un tomo decarbono, la situacin es distinta. Vemos cmo una estructura de estetipo (2a) tiene una estructura imagen especular (2b) que no essuperponible con ella; es decir, no hay manera de girar la estructura 2ben el espacio tal que consiga superponerla a la 2a. A este respecto las

estructuras 2a y 2b son similares a las manos derecha e izquierda.Estas estructuras, imgenes especulares no superponibles, se llamanenantimeros. Siempre que un tomo de carbono tiene cuatro tomoso grupos distintos unidos a l, son posibles dos estructurasenantimeras, y por ello existirn dos estereoismeros.

4.2. Explique la resonancia del benceno y a qu se denomina energade resonancia.

Normalmente se representa la molcula como un hexgono regular enella se puede notar que los dobles enlaces del carbono estn

deslocalizados disociados y estabilizados por resonancia es decir queno funcionan como un doble enlace simple normal sino que estnalternados.

La energa de resonancia o energa de deslocalizacin del benceno sedefine como el calor liberado de la estructura al formar un ismero,esta le da una estabilidad adicional.

4.3. Indique 3 solventes polares y 3 solventes apolares, con susrespectivos valores de momentos dipolares.

Solventes polares:Agua; u = 1,84 DEtanol; u = 1,69 D

cido actico; u = 1,74 DSolventes apolares:Tetracloruro de carbono; u = 0 DBenceno; u = 0 D

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Ciclohexano ; u = 0 D4.4. Hacer un resumen de aproximadamente 9 lneas de la lectura:

Qumica y Tecnologa.- Altropos del carbono: del holln a losdiamantesEn esta lectura se dan a conocer distintos altropos del carbono,

teniendo en cuenta que el carbono es el elemento ms verstil paraformar altropos, entre estos tenemos el grafito muy importante por suestructura hexagonal y su uso en los lpices, el negro de humoproducto de la combustin incompleta, el diamante muy importante porser la sustancia natural ms dura, los carbones usados en la cocina,para dibujar y hasta para filtrar agua (por su gran rea de superficie yporos), los fullerenos importantes por su gran flexibilidad y su formapeculiar y por ltimo el carbono acetilnico lineal importante porqueconduce la electricidad (al ser producto del grafito) y se puede usar enmicroelectrnica.

5. BibliografaInternet:http://www.unalmed.edu.co/~cgpaucar/ENLACES.htmlhttp://www.slideshare.net/fisicoquimica/clase-7-fuerzas-intermoleculareshttp://rabfis15.uco.es/weiqo/Tutorial_weiqo/hoja11p1.html

http://www.unalmed.edu.co/~cgpaucar/ENLACES.htmlhttp://www.unalmed.edu.co/~cgpaucar/ENLACES.htmlhttp://www.slideshare.net/fisicoquimica/clase-7-fuerzas-intermoleculareshttp://www.slideshare.net/fisicoquimica/clase-7-fuerzas-intermoleculareshttp://rabfis15.uco.es/weiqo/Tutorial_weiqo/hoja11p1.htmlhttp://rabfis15.uco.es/weiqo/Tutorial_weiqo/hoja11p1.htmlhttp://rabfis15.uco.es/weiqo/Tutorial_weiqo/hoja11p1.htmlhttp://www.slideshare.net/fisicoquimica/clase-7-fuerzas-intermoleculareshttp://www.unalmed.edu.co/~cgpaucar/ENLACES.html