fuerzas intermoleculares -...

1

26/11/08 FUERZAS INTERMOLECULARES 0

ESTRUCTURA DE LAESTRUCTURA DE LAMATERIAMATERIAFUERZASFUERZAS

INTERMOLECULARESINTERMOLECULARESIntroducciIntroducciónón

Semestre 2009-1Semestre 2009-1

Rafael Moreno Esparza26/11/08 FUERZAS INTERMOLECULARES 1

Polaridad del enlacePolaridad del enlace

• Pareciera claro, que cuando dos átomos de unmismo elemento comparten un par deelectrones, los comparten igualmente

• Sin embargo, cuando los átomos son dediferentes elementos, esto no tiene por queocurrir

• Es decir hay unos átomos que atraen más a loselectrones que otros

• En particular es claro, que los metales atraenmenos a los electrones que los no-metales


Polaridad del enlacePolaridad del enlace• Para mostrar esto, vale la pena presentar dos

casos extremos:– En el Cl2 tenemos dos átomos iguales y

entonces el par electrónico estácompartido en ambos átomos por igual

– Por otro lado en el NaCl el electrón 3s delNa se incorpora en la estructura electrónicadel átomo de Cl quedando el sodiodespojado de su electrón formando elcatión Na+ y por su parte el cloro genera alanión Cl-, dando a lugar a una malla iónica

• La mayoría de las sustancias tienen uncarácter del enlace que forman que estáentre estos dos extremos


Polaridad del enlacePolaridad del enlace• Un concepto muy útil para describir como

comparten sus electrones un par de átomos esel de polaridad del enlace

• Podemos definir los enlaces así:– Un enlace covalente no-polar es aquel en el

cual los electrones están compartidosigualmente por los dos átomos

– Un enlace covalente polar es aquel dondeuno de los átomos tiene mayor atracciónpor los electrones que el otro

– Si esta atracción relativa es suficientementegrande, el enlace es un enlace iónico

2


ElectronegatividadElectronegatividad• La electronegatividad se define como la

capacidad que tiene un elemento en unamolécula específica para atraer electroneshacia sí

• Entre mayor sea esta capacidad de atraerelectrones mayor será el valor de laelectronegatividad

• Esta cantidad se usa para determinar si unenlace es covalente no-polar, covalente polaro iónico


ElectronegatividadElectronegatividad• La electronegatividad es una cantidad que está

en función o que depende de:– La energía de ionización del átomo

Es decir, que tan fuertemente retiene unátomo a sus propios electrones

– La afinidad electrónica del átomoEs decir, que tan fuertemente atrae unátomo a otros electrones

Nótese que estas dos últimas propiedades sonde los átomos aislados


ElectronegatividadElectronegatividad• Así por ejemplo un átomo que tiene:

– Una afinidad electrónica grande– Un potencial de ionización grande

• Será capaz de:– Atraer electrones de otros átomos– Resistirá que sus propios electrones sean

atraídos por el otro elemento• Un átomo como este, será muy

electronegativo• Un átomo con propiedades opuestas será

muy poco electronegativo


ElectronegatividadElectronegatividad• Según Pauling (1932), es la medida de la

tendencia que tiene un átomo en una moléculade atraer a los electrones hacia sí

• Y la estima a partir de las energías de enlace oenergías de disociación de diversas sustancias,empleando esta expresión:

• Donde ΔAB es la diferencia deelectronegatividad entre los dos átomos

D A !B( ) = 1

2D A ! A( ) + D B !B( )!"#

$%& +!AB

!

A!!

B= 0.208 !

AB

3


ElectronegatividadElectronegatividad• La electronegatividad se designa con la letra

griega χ– El Flúor es el elemento más electronegativo:

electronegatividad = 4.0– El Cesio por su parte es el menos

electronegativoelectronegatividad = 0.6

Nótese que estos dos elementos están en lasesquinas y diagonales en la tabla periódica


ElectronegatividadElectronegatividad• Principio de igualación de la electronegatividad

– Toda especie química que tiende a asociarsecon otra, lo hace de manera que después dehacerlo, ambas promedian suelectronegatividad


ElectronegatividadElectronegatividad• Usando argumentos teóricos, Mulliken muestra

que la tendencia de un átomo en una molécula acompetir por los electrones de otro átomo al queesté unido, debe ser proporcional al promedio dela energía de ionización y la afinidad electrónicade dicho átomo en su estado de valencia

• La electronegatividad de Mulliken se puedeajustar a la escala de Pauling así:

!

M= 1

2I

1

v + A1

v( )

!

P=!

M

2.826/11/08 FUERZAS INTERMOLECULARES 11

ElectronegatividadElectronegatividad• El concepto de electronegatividad de Alred-

Rochow se basa en la fuerza electrostática deatracción que existe entre un electrón en unátomo y su propio núcleo.

• La atracción entre el electróny un núcleo está gobernadapor la ley de Coulomb:

• Donde e es la carga del electrón, Zeff es la carganuclear efectiva y r es el radio del átomo

• Al graficar las fuerzas contra la χP podemosajustarlas a los valores de Pauling

f =

e2Zeff

r 2

!

P= 0.359

Zeff

r 2+ 0.744

4


ElectronegatividadElectronegatividad• Otro concepto más de electronegatividad es el

formulado por Sanderson• Este concepto considera la electronegatividad

como una función de la densidad electrónicadel átomo

• Y se define así:

• Donde D se refiere a la densidad electrónica delátomo:

• y Di es la densidad electrónica ideal y sedetermina extrapolando la densidad de losgases ideales anterior y posterior al átomo encuestión

!

S= D

Di

D = 3

4!! Ze

r3


ElectronegatividadElectronegatividad• Finalmente, el concepto más moderno lo

sugieren Jaffe y colaboradores• Que puntualizan que la electronegatividad

de Mulliken es igual a la pendiente que pasa através del origen,de la curva deenergía contracarga paracualquierátomo, es decir:

!

M= !dE

dN

"

#$$$$

%

&''''N =0

-2 -1 0 1 2 3 4

0

2

4

6

8

10

12 Ne O F Cl

Ene

rgía

tot

al M

J m

ol-1

Estado de oxidaciEstado de oxidaciónón


Tendencias generales de la Tendencias generales de la χχ• La electronegatividad crece de izquierda a

derecha a lo largo de un periodo• Para los elementos representativos (bloques s y

p) crece al subir en una familia


Tendencias generales de la Tendencias generales de la χχ• El grupo de los elementos de transición tiene un

comportamiento un poco más complicado que elde los representativos

5


ElectronegatividadElectronegatividad• En los elementos representativos

– Al avanzar en un período aumenta y albajar en una familia disminuye

• En los elementos de transición– Al bajar en una familia aumenta

• En iones– Al cambiar el estado de oxidación de un

átomo cambia su electronegatividad– A mayor estado de oxidación mayor su

atracción por los electrones y por ellomayor será su electronegatividad

• En grupos de átomos– Al combinarse dos átomos, la

electronegatividad resultante es unpromedio de la χde los átomos originales


Electronegatividad y polarizaciónElectronegatividad y polarización

• Podemos usar la diferencia en laelectronegatividad Δχ entre dos átomos paraconocer la polaridad de su enlace:

IónicoCovalentepolar

Covalente no-polarTipo

4.0-1.0=3.04.0-2.1=1.94.0- 4.0=0Δχ = (χΑ−χΒ)

LiFHFF2Compuesto


Electronegatividad y polarizaciónElectronegatividad y polarización• En el F2 los electrones están compartidos

igualmente entre los dos átomosEl enlace es covalente no-polar

• En el HF el átomo de F tiene mayorelectronegatividad que el átomo de H

• Los electrones no se comparten igualmente,el átomo de F atrae más densidad electrónicaque el átomo de HEl enlace es covalente polar.

• En el LiF, la electronegatividad del átomo deF es suficientemente grande como paradespojar completamente de su electrón al Li yel resultado esUn enlace iónico


Electronegatividad y polarizaciónElectronegatividad y polarización

• El enlace en H-F puede representarse así:

• Los símbolos δ+ y δ- indican las cargasparciales positiva y negativarespectivamente.

• La flecha indica hacia donde jalan loselectrones

6


Electronegatividad y polarizaciónElectronegatividad y polarización• La regla general para predecir el tipo de enlace se

basa en las diferencias de electronegatividades delos átomos que constituyen el enlace:

• Si las electronegatividades son iguales, ladiferencia de electronegatividad es 0, y el enlacees covalente no-polar

• Si la diferencia de electronegatividades es mayorque 0 pero menor que 2.0, el enlace es covalentepolar

• Si la diferencia entre las electronegatividades delos dos átomos es de 2.0, o mayor, el enlace esiónico


Redistribución de cargaRedistribución de carga

• Parece entonces evidente que cuando dosátomos se encuentran juntos, la cargaelectrónica se redistribuye

• Dependiendo de la electronegatividad de cadaátomo, ello da como resultado la formación deun dipolo

• Entre mayor sea la diferencia de suselectronegatividades, mayor será el dipolo quese genere

• Así por ejemplo en el caso del HCl, el átomo deCl al ser más electronegativo, controlaparcialmente al electrón del H


Momento dipoloMomento dipolo• Es la interacción resultante entre dos cargas

puntuales +q y -q, separadas a una distancia re• Se representa así:

• Es un vector y se define como:

• El momento dipolo se determinaexperimentalmente midiendo el cambio respecto ala temperatura en la capacitancia de dos placascargadas entre las cuales se pone una sustanciacualquiera.

µ = q ! r

e


Momento dipoloMomento dipolo• Así en el caso del HCl, el valor obtenido

experimentalmente, es:3.45x10-30 C m

• Como es un número muy pequeño, conviene crearuna unidad apropiada.

• La unidad de momento dipolo se llama Debye (D) yvale:

3.33x10-30C m• De manera que en estas unidades el momento

dipolo del HCl es de:1.035 D

• El momento dipolo de dos cargas unitariascontrarias a una distancia de 100 pm vale:

4.89 D

7


Cálculo del momento dipoloCálculo del momento dipolo• Para calcular aproximadamente el valor del

dipolo de una molécula se resuelve la siguienteecuación:

• De manera que para el HCl se tiene que:

• A las moléculas con momento dipolo = 0 se lesconoce como moléculas no polares,

• A las que tienen momento dipolo ≠ 0 se conocencomo moléculas polares

• El caso extremo de una molécula polar es el CsF(Δχ=3.2)

µAB! !

A"!

B= ! !

µ

HCl! !

Cl"!

H= 3.0"2.1( )D = 0.9D


Porcentaje de carácter iónicoPorcentaje de carácter iónico• Para calcular que tan polarizada está la carga

en esta molécula, dividimos el momento dipoloobtenido entre la distancia de enlace:

• En el caso del HCl nos encontramos que estorepresenta aproximadamente un sexto de lacarga del electrón (1.602x10-19C) o lo que es lomismo 17% del total de la carga total en cadaátomo:

3.45!10-30

C m

127.5!10"12

m= 2.7!10

"20C

2.7!10"20

1.602!10"19

= 0.168


Porcentaje de carácter iónicoPorcentaje de carácter iónico• Esto mismo puede hacerse para todos los ácidos

de los halogenuros

60.417.74162HI

110.796.81143HBr

171.036.06127HCl

431.904.4192HF

% CI=(δobs / δcal)δobs (D)δcalc (D)r(pm)


Porcentaje de carácter iónico y Porcentaje de carácter iónico y χχ• Se han sugerido varias ecuaciones empíricas

para determinar el carácter iónico de un enlaceen función de la electronegatividad de susconstituyentes, una de ellas (Hannay & Smyth):

• Para HBr,χBr=2.74, y χH=2.20

• de manera que:

%CI = 16 !!( ) + 3.5 !!( )2

%CI = 16 .54( ) + 3.5 .54( )2

= 9.7

8


Porcentaje de carácter iónico y Porcentaje de carácter iónico y χχ• Pauling mismo, deriva una relación entre el

carácter iónico y la electronegatividad

%CIAB

= 1!e

!1

4

!A!!

B( )"

#$$$

%

&'''

()***

+***

,-***

.***/100


Polaridad de las moléculasPolaridad de las moléculas• Las moléculas polares se alinean cuando:

– aplicamos un campo eléctrico– están cerca unas de otras– al estar en presencia de iones

• Lo cual les concede propiedades muyimportantes.

Campo eléctricoCampo eléctrico CercanCercaníaía IonesIones


Polaridad de las moléculasPolaridad de las moléculas• Si hay diferencia en la electronegatividad (χ) de

los átomos de una molécula, tendremos unsistema donde uno de los átomos jala más a loselectrones que el otro

• Ello conduce a que la carga de la molécula sepolarice

• Cuando la carga esta polarizada, se formará undipolo

• Cualquier molécula diatómica con un enlace polares una molécula polar, es decir forma un dipolo

H-FH-F26/11/08 FUERZAS INTERMOLECULARES 31

Polaridad de las moléculasPolaridad de las moléculas• Cada vez que hayan dos átomos con diferente

electronegatividad en la misma molécula seformará un dipolo

• Además, los átomos en la molécula puedenorientarse de tal manera que uno de los lados dela molécula tenga una carga neta negativa y elotro una carga neta positiva

• Por ello es evidente que la distribución de cargade una molécula se determina por– La polaridad de sus enlaces– La forma de la molécula

9


Polaridad de las moléculasPolaridad de las moléculas• Una molécula polar tiene:

– Un centro de la carga negativa total en una zonade la molécula

– Un centro de la carga positiva total en otra zonade la molécula

– Pero no coinciden uno con el otro– Ni con el centro de masa de la molécula

• Es decir, tiene dos polos


Polaridad de las moléculasPolaridad de las moléculas• Una molécula no-polar:

– No tiene cargas en lados opuestos de lamolécula

– O, tiene cargas iguales en lados opuestos de lamolécula

– Al tener la misma carga en lados opuestos, nose presenta el dipolo

• La molécula no tiene polos, es decir no tienedipolo


Polaridad de las moléculasPolaridad de las moléculas• El momento dipolo de una molécula se definirá

entonces por:– La diferencia de electronegatividad entre dos

de sus átomos, que es lo que define la cargaen los extremos del dipolo

– La disposición de los dipolos formados

• La polaridad de las moléculas poliatómicas– Cada enlace polar en una molécula

poliatómica tendrá asociado un dipolo– El dipolo total de la molécula será la suma de

los dipolos individuales26/11/08 FUERZAS INTERMOLECULARES 35

Polaridad de las moléculasPolaridad de las moléculas• Para determinar el dipolo total en una molécula

se debe considerar lo siguiente– La forma de la molécula– La dirección del dipolo para cada par de

átomos– La suma vectorial de cada contribución

• Las moléculas con µ = 0 se conocen comomoléculas no polares

• A las que tienen µ ≠ 0, como moléculas polares

10


Polaridad de las moléculasPolaridad de las moléculas• El monóxido de carbono (CO) tiene dipolo y se

orientará en un campo eléctrico• Por otro lado, la molécula de Dióxido de carbono

(CO2) no tiene dipolo, es decir no se orienta enun campo eléctrico– A pesar de que en el dióxido de carbono los

oxígenos tienen carga parcial negativa, y elcarbono tiene carga parcial positiva

Dipolos de enlaceDipolos de enlace

Dipolo totalDipolo total cerocero26/11/08 FUERZAS INTERMOLECULARES 37

Polaridad de las moléculasPolaridad de las moléculas• El agua por otra parte también tiene tres átomos

pero contrariamente al caso del CO2 si tienemomento dipolo

• A pesar de que una molécula sea muy grande, lasreglas concernientes a la geometría y al dipolo semantienen

Dipolos de enlaceDipolos de enlace

Dipolo totalDipolo total


Polaridad de las moléculasPolaridad de las moléculas• Aunque un enlace polar es un prerrequisito para que

una moléculatenga dipolo, no todaslas moléculas con enlacespolares tienen dipolo total

• Para las moléculas ABndonde el átomo centralestá rodeado por átomosidénticos de B

• Hay ciertas geometríasque no presentan momentodipolo efectivo a pesarque los enlaces individuales presenten dipolo


Polaridad de las moléculasPolaridad de las moléculas• Para que una molécula sea polar debe tener:

– Enlaces polares– Forma adecuada

µ=0

µ=0

Cl

C Cl

Cl

Cl

Cl

C Cl

Cl

ClCCl4= =

H

C H

H

H

H

C H

H

HCH4 = = =

11


Polaridad de las moléculasPolaridad de las moléculasH

C Cl

H

H

H

C Cl

H

HCH3Cl = = =

Cl

C Cl

H

H

Cl

C Cl

H

HCH2Cl2= = =

Cl

C Cl

Cl

H

Cl

C Cl

Cl

HCHCl3 = =

µ=1.90

µ=1.60

µ=1.04


Momento dipoloMomento dipolo• Es la interacción resultante entre dos cargas

puntuales +q y -q, separadas a una distancia re

• Se representa así:

• Es un vector y se define como:

• El momento dipolo se determinaexperimentalmente midiendo el cambio respectoa la temperatura en la capacitancia de dos placascargadas entre las cuales se pone una sustanciacualquiera.

µ = q !re


Momento dipoloMomento dipolo• Así en el caso del HCl, el valor obtenido

experimentalmente, es:3.59x10-30 C m

• Como es un número muy pequeño, convienecrear una unidad apropiada.

• La unidad de momento dipolo se llama Debye(D) y vale:3.33x10-30C m

• De manera que en estas unidades el momentodipolo del HCl es de:1.08 D

• El momento dipolo de dos cargas unitariascontrarias a una distancia de 100 pm vale:4.89 D (16.28x10-30 C m)


Cálculo del momento dipoloCálculo del momento dipolo• Para calcular aproximadamente el valor del

dipolo de una molécula se resuelve la siguienteecuación:

• De manera que para el HCl se tiene que:

• A las moléculas con momento dipolo = 0 se lesconoce como moléculas no polares,

• A las que tienen momento dipolo ≠ 0 se conocencomo moléculas polares

• El caso extremo de una molécula polar es el CsF(Δχ=3.2)

µAB! !

A"!

B= ! !

µ

HCl! !

Cl"!

H= 3.0"2.1( )D = 0.9D

12


Porcentaje de carácter iónicoPorcentaje de carácter iónico• Para calcular que tan polarizada está la carga

en esta molécula, dividimos el momento dipoloobtenido entre la distancia de enlace:

• En el caso del HCl nos encontramos que estorepresenta aproximadamente un sexto de lacarga del electrón (1.602x10-19C) o lo que es lomismo 17% del total de la carga total en cadaátomo:

3.45!10-30

C m

127.5!10"12

m= 2.7!10

"20C

2.7!10"20

1.602!10"19

= 0.168


Porcentaje de carácter iónicoPorcentaje de carácter iónico• Esto mismo puede hacerse para todos los

halogenuros

60.417.74162HI

110.796.81143HBr

171.036.06127HCl

431.904.4192HF

% CI=(δobs / δcal)δobs (D)δcalc (D)r(pm)


Porcentaje de carácter iónico y Porcentaje de carácter iónico y χχ• Se han sugerido varias ecuaciones empíricas

para determinar el carácter iónico de un enlaceen función de la electronegatividad de susconstituyentes, una de ellas (Hannay & Smyth):

• Para HBr,χBr=2.74, y χH=2.20

• de manera que:

%CI = 16 !!( ) + 3.5 !!( )2

%CI = 16 0.54( ) + 3.5 0.54( )2

= 9.7


Porcentaje de carácter iónico y Porcentaje de carácter iónico y χχ• Pauling mismo, deriva una relación entre el

carácter iónico y la electronegatividad

%CIAB

= 1!e

!1

4

!A!!

B( )"

#$$$

%

&'''

()***

+***

,-***

.***/100

13


Polaridad de las moléculasPolaridad de las moléculas• Las moléculas polares se alinean cuando:

– aplicamos un campo eléctrico– están cerca unas de otras– al estar en presencia de iones

• Lo cual les concede propiedades muyimportantes.

Campo eléctricoCampo eléctrico CercanCercaníaía IonesIones


Interacciones IInteracciones Ión-Dipoloón-Dipolo• Se trata de una interacción entre un ion cargado

y una molécula polar (es decir un dipolo)• Los cationes se verán atraídos por el lado

negativo de un dipolo• Los aniones se verán atraídos por el lado positivo

de un dipolo• La magnitud de la energía de esta interacción

depende– de la carga del ion (Q),– el momento dipolo de la molécula (µ) y– la distancia del centro del ion al punto medio

del dipolo (r)


Interacciones IInteracciones Ión-Dipoloón-Dipolo• Se puede describir matemáticamente así:

• Y así pictóricamente: F

I!D=!Z

± "µr

2


Interacciones DipoloInteracciones Dipolo-Dipolo-Dipolo• Ocurre cuando los átomos de una molécula

tienen diferencias de χ, se polarizan y producenun dipolo

• Cuando dos dipolos se avecindan, se atraen,dando como resultado un enlace

• Se describen matemáticamente así:

• Y pictóricamente así: E

D!D=!2µ

1µ

2

r3

14


Interacciones DipoloInteracciones Dipolo-Dipolo-Dipolo• Si los átomos muy electronegativos se encuentran

unidos directamente a un H, también se formaráun dipolo.

• Estas interacciones se presentan entre lasmoléculas neutras polares

• Las moléculas polares se atraen entre sí cuando lacarga parcial positiva de una molécula está cercade la carga parcial negativa de otra

• Las moléculas polares deben de estar cerca unas deotras para que la fuerza atractiva de la interacciónsea significativa


Interacciones DipoloInteracciones Dipolo-Dipolo-Dipolo• Las interacciones dipolo-dipolo son menores que

las interacciones ion-dipolo• Las fuerzas dipolo-dipolo crecen al incrementarse

la polaridad de una molécula• Otra forma de presentarlo es esta:


Puente de hidrPuente de hidrógenoógeno• El puente de hidrógeno, es la atracción

intermolecular resultante de la interacción dedipolos donde participa el H

• Esta atracción es responsable de muchas de laspropiedades características del H2O y de otrasmuchas moléculas entre las que se encuentranlas proteínas y el ADN

• Un átomo de hidrógeno en un enlace polar (porejemplo H-F, H-O o H-N) puede experimentaruna fuerza atractiva hacia una molécula polar oun ión vecino que cuenta con pares electrónicossin compartir, usualmente átomos de F, O o N


Puente de hidrPuente de hidrógenoógeno• A este tipo de interacción se le conoce con el

nombre de enlace de hidrógeno y en últimainstancia no es más que una interacción del tipodipolo-dipolo

• Un enlace entre un hidrógeno y un átomoelectronegativo como el F, O o N es muy polar

• Tomando en consideración que el átomo de H notiene electrones de core, entonces el lado delátomo que está hacia afuera del dipolo esvirtualmente un núcleo desnudo

15


Puente de hidrPuente de hidrógenoógeno• La carga parcial positiva se verá atraída a la carga

parcial negativa de un átomo electronegativo deuna molécula cercana

• Debido a que el átomo de hidrógeno en unenlace polar tiene deficiencia de electrones(particularmente en un lado, es decir, el ladoopuesto al enlace covalente polar)

• Entonces, puede acercarse mucho al átomoelectronegativo de la molécula vecina (el cualtiene carga parcial negativa) de manera quepuede interactuar fuertemente con él.


Puente de hidrPuente de hidrógenoógeno• Recuérdese que entre más cerca pueda estar

mayor será la atracción electrostática• La energía de los enlaces de hidrógeno va de

alrededor de 4 kJ/mol a 25 kJ/mol, es decir, sonmás débiles que los enlaces covalentes

• Pero son mayores que las interacciones dipolo-dipolo o las fuerzas de dispersión

• Este tipo de interacción tiene gran importanciaen la organización de las moléculas biológicas ysu influencia es notable en la estructura de lasproteínas y los ácidos nucleicos


Puente de hidrPuente de hidrógenoógeno• El agua tiene una capacidad poco común para

formar una red de enlaces de hidrógeno muyextensa

• Como líquido, la energía cinética de las moléculaspreviene que un arreglo ordenado extenso de losátomos de hidrógeno

• Al enfriarse, las moléculas van perdiendo energíacinética y esto permite que las moléculas sevayan ordenando en un arreglo que maximiza lasinteracciones atractivas de los enlaces de H


Puente de hidrPuente de hidrógenoógeno• Este arreglo de las moléculas tiene un volumen

mayor (es decir, es menos denso) que el agualíquida, de manera que el agua se expande alcongelarse

• El arreglo de moléculas de agua en el hielo normaltiene geometría hexagonal (es decir que estácompuesto de anillos con seis moléculas de agua),lo cual es la base estructural de la forma hexagonalde los copos de nieve.

• Esto se debe a que cada molécula de agua puedeparticipar en cuatro enlaces de H

16


Puente de hidrPuente de hidrógenoógeno• Es decir uno con cada par de no enlace del

oxígeno• Y uno con cada átomo de hidrógeno


Interacciones de dispersiInteracciones de dispersiónón• No pareciera que las moléculas no-polares

tengan ninguna base física para tenerinteracciones atractivas.

• Sin embargo, los gases de las moléculas no-polares pueden licuarse, y esto indica que si laenergía cinética se reduce, existe algún tipo deinteracciones atractivas que predominan.

• Fritz London (1930) sugiere que elmovimiento de los electrones en un átomo o unamolécula no polar puede dar como resultado undipolo transiente

• (transiente quiere decir que tiene tiempos devida muy cortos)


Interacciones de dispersiInteracciones de dispersiónón• ¿Cómo actúan las fuerzas de dispersión de

London?– El helio tiene 2 electrones si consideramos que

estos electrones son partículas la distribuciónpromedio de los electrones alrededor delnúcleo es esféricamente simétrica

– Los átomos no tienen dipolo y por tanto sumomento dipolo es cero

– Sin embargo, puede ocurrir que la distribuciónde los electrones alrededor del núcleo de cadaátomo en un instante dado, no seacompletamente simétrica.

• Así puede pasar que:– Ambos electrones queden en el mismo lado del

núcleo26/11/08 FUERZAS INTERMOLECULARES 63

Interacciones de dispersiInteracciones de dispersiónón• Esto, dará como resultado que en ese instante el

átomo tenga un dipolo aparente y por tanto un elmomento dipolo sea diferente de cero, es decir quehaya un dipolo transiente

• Un átomo vecino que se encuentre cerca de esteátomo, se verá influido por este dipolo, loselectrones de este átomo se alejarán de la regiónnegativa del dipolo.

• Es decir, debido a la repulsión electrónica, undipolo temporal puede inducir un dipolo similar enun átomo o molécula vecino, si este está losuficientemente cerca.

• Causando que los átomos o moléculas vecinos sesientan atraídos unos a los otros

17


Interacciones de dispersiInteracciones de dispersiónón• A este fenómeno se le conoce con el nombre de

interacciones de dispersión de London (osimplemente fuerzas de dispersión)

• Estas interacciones son significativas únicamentecuando los átomos o moléculas que lo presentanestán muy cerca unas de otras


Interacciones de dispersiInteracciones de dispersiónón• La expresión matemática que describe este

fenómeno es esta:

• Pictóricamente esto se puede mostrar así: E

dispersión=!2µ

1!

r6

Atracción

Dipolo inducido Dipolo instantaneo


Interacciones de dispersiInteracciones de dispersiónón• La facilidad con la que un campo eléctrico

externo (por ejemplo el de otra molécula) puedeinducir un dipolo (es decir, alterar la distribuciónelectrónica) en una molécula se le conoce comopolarizabilidad de esa molécula

• Entre mayor sea la polarizabilidad de unamolécula será más fácil inducir un momentodipolo momentáneo y serán más fuertes lasinteracciones de dispersión

• Entre mayor sea la molécula, mayor será supolarizabilidad, esto ocurre pues:


Interacciones de dispersiInteracciones de dispersiónón– Sus electrones están más lejos del núcleo, dado que a

mayor separación entre las cargas mayor es el dipoloproducido

– El número de electrones es mayor y por tanto haymayor probabilidad de que se genere una distribuciónasimétrica

• Entonces, las interacciones de dispersión tienden aincrementarse al incrementar la masa de la molécula

• Las interacciones de dispersión también estaránpresentes en todas las moléculas, sean o no polares

18


Interacciones molecularesInteracciones molecularesI nterac ción Modelo Fue rza F unción de r

Covalente Cuántica muy fuerte e-r! {r} corto

Iónica

E = Z

+Z!

r

muy fuerte " /r! {r} largo

Ion # dipolo

E =

! Z± µ

r2

fuerte " /r2! {r} corto

Dipolo#dipolo

E =

!2µ1µ

2

r3

moderado " /r 3! {r} corto

Ion#dipolo inducido

E = !Z

2!2r 4

débil " /r 4! {r} muy corto

Dipolo#dipolo inducido

E =

µ1

2!

r6

muy débil " /r 6! {r} cortísimo

Dispersión de London

E =

!2µ1!

r6

muy débil " /r 6! {r} cortísimo

fuerzas intermoleculares -...

Documents