Fuerzas Intermoleculares y Líquidos

Cátedra de Introducció
Introducción a la Quí
Química – Cs Naturales
FUERZAS INTERMOLECULARES
ESTADO LÍ
LÍQUIDOQUIDO-PROPIEDADES DE LOS
LIQUIDOS
¿De qué
qué dependen las propiedades fí
físicas de las
sustancias?
¿Por qué
qué algunas sustancias son gases, otras
líquidas y otras só
sólidas a T ambiente?
Bibliografí
Bibliografía:
“Quí
Química la Ciencia Central”
Central”- T.Brown,
T.Brown, H.Lemay,
H.Lemay, B. Bursten
y C. Murphy.
Murphy.
“ Quimica General“
General“- R. Petruci,
Petruci, W.S.
W.S. Harwood y F.Herring.
F.Herring.
“Principios de Quí
Química”
mica”- P. Atkins y L. Jones.
Jones.
"Quimica"
Quimica" R. Chang.
Concepto de Fuerzas intermoleculares
FUERZAS INTERMOLECULARES
INTERMOLECULARES
FUERZAS INTERMOLECULARES
Son fuerzas atractivas entre moléculas.
Son más débiles que los enlaces químicos (iónicos,
covalentes, metálicos) (fuerzas intramoleculares).
F. Intermolecular (dé
(débil)
→
Determinan
las
propiedades físicas de
las sustancias.
Por ejemplo:
a) Para romper todos los enlaces O-H en 1 mol de moléculas
de agua se requieren 930 kJ.
H2O(lí
(líquido) → H2(gas) + ½ O2(gas)
se vencen fuerzas
intramoleculares
b) Para vaporizar un mol de agua se requieren 41 kJ
H2O(lí
(líquido) → H2O(vapor)
Fuerza Intramolecular (fuerte)
Enlace covalente
→
Determinan las
propiedades químicas
de las sustancias
Las propiedades fí
físicas de las sustancias varí
varían con su
estado de agregació
agregación.
Estados_de_la_materia.zip
GAS
Ec > Fa
LÍQUIDO
Fa ≈ Ec
SÓLIDO
Fa > Ec
Se vencen fuerzas
intermoleculares
Se produce un cambio de fase Liq → Vapor ( cambio físico)
Fuerzas Intermoleculares vs Propiedades Fí
Físicas
Cuanto má
más intensas sean las fuerzas de
atracció
atracción que operan entre las partí
partículas:
Mayor energía para vencerlas y producir un cambio de
fase.
Mayor es el punto de ebullición del líquido.
Mayor el punto de fusión del sólido.
Estado de agregación (estado físico)
balance entre
Ec y F atractivas entre las partículas (F. intermoleculares).
¿Qué factor predomina si se aumenta la T ?
¿Qué factor predomina si se aumenta la P ?
Menor es la velocidad de vaporización de la sustancia
(menos volátil).
……..
Ec
F. atractivas
1
TIPOS DE FUERZAS INTERMOLECULARES
Fuerzas ionion-dipolo
FUERZAS IÓ
IÓN- DIPOLO PERMANENTE
ion - dipolo permanente
µ≠0
Catión
ion - dipolo inducido
Fuerzas de Van der Waals:
Waals: fuerzas atractivas entre
Anión
molé
moléculas neutras
µ≠0
Fuerzas dipolo-dipolo
Fuerzas dipolo-dipolo inducido
Fuerzas de dispersión de London (F. dipolo
La fuerza de atracción es mayor cuando:
Menor la distancia entre ambos.
Mayor es la carga del ion (Q+ o Q-),
Mayor es el µ de la molécula neutra
instantáneo- dipolo inducido)
Puentes de Hidrógeno
FUERZAS IÓ
IÓN- DIPOLO INDUCIDO
FUERZAS IÓ
IÓN- DIPOLO PERMANENTE
Un ión puede inducir un dipolo en una molécula no polar
Disolución de NaCl en agua
Ion
Molécula no polar
Ion
Dipolo inducido
+
+
δ-
-
-
δ+
µ=0
Importantes en disoluciones de
sólidos ió
iónicos en lí
líquidos polares
Fuerzas ió
ión-dipolo
δ-
δ+
Más débil que la anterior
Dependen de la magnitud del momento dipolar µ.
Cuanto mayor es su intensidad mayor energía para
vencerlas
δ-
Extremo positivo de un dipolo es
atraído por el extremo negativo
del otro.
F. ión-dipolo inducido
FUERZAS DIPOLODIPOLO-DIPOLO
Son fuerzas de atracció
atracción entre
molé
moléculas neutras polares
δ+
δ-
µ≠0
Distribución simétrica
de carga
FUERZAS DIPOLODIPOLO-DIPOLO
δ+
Ejemplo:
Atracción
SO2
µ≠0
Repulsión
Sustancia
PM(uma)
µ(D)
Peb (K)
CH3CH2CH3
44,10
0,1
231
CH3OCH3
46,07
1,3
248
CH3CN
41,05
3,9
355
Atracción neta de dipolos permanentes
2
FUERZAS DIPOLODIPOLO-DIPOLO INDUCIDO
Los dipolos pueden inducir dipolos en molec. no polares
δ-
δ+
FUERZAS DE DISPERSIÓ
DISPERSIÓN DE LONDON
Fuerzas de atracción entre un dipolo instantáneo y un
dipolo inducido.
δ-
δ+
µ=0
µ≠0
Distribución de carga simétrica en
molécula no polar
µ=0
Dipolo instantáneo: distribución temporal no uniforme de los eδ-
δ+
dipolo
permanente
δ+
induce un dipolo en
una molécula vecina .
δSon má
más dé
débiles que las
fuerzas dipolodipolo-dipolo
dipolo
inducido
Dipolo
instá
instántaneo
FUERZAS DE DISPERSIÓ
DISPERSIÓN DE LONDON
Dipolo
inducido
Atracción electrostática
δ-
δ+
FUERZAS DE DISPERSIÓ
DISPERSIÓN DE LONDON
Dipolo
instantá
instantáneo
δ-
Dipolo
inducido
Operan en todas las moléculas (polares o no polares)
δ+
Único tipo de fuerzas que opera en moléculas no
polares.
At He (2)
At He (1)
At He (2)
At He (1)
Dependen de la polarizabilidad de las especies.
Interacción entre dos moléculas de CH4
Polarizabilidad de un
átomo o molécula:
Dipolo inducido
Dipolo instantáneo
Polarizabilidad y Fuerzas de London
¿ Como influye la forma de las moléculas?
Neopentano:
Neopentano:
A mayor PM > Polarizabilidad > F.London
F2
Del Nº de electrones ( PM, tamaño)
De la forma de la molécula
Depende
Polarizabilidad y Fuerzas de London
La polarizabilidad aumenta con el Nº de electrones y estos con
la masa molar.
mide la facilidad con que la
densidad electrónica puede
distorsionarse por efecto de
un campo eléctrico.
Peb: 9,5ºC
C5H12
F2
PM = 38 uma
Menor contacto, menor
interacción, F. London más
débiles
µ = 0; Peb = -189ºC
Interacción débil
n-pentano:
I2
Peb: 36,5ºC
I2
PM = 254 uma
µ = 0; Peb= 184ºC
Interacción fuerte
C5H12
Mayor contacto, mayor
interacción, F. London
más intensas
3
Consideraciones a tener en cuenta, ejemplos:
A) Moléculas que difieren bastante en su PM:
Consideraciones a tener en cuenta, ejemplos:
B) Moléculas con forma y PM semejante→
→ F. de London similares
-Explique la tendencia en los Peb de:
µ1
µ2
H Cl
µ3
H Br
F. Dipolo -dipolo:
HCl > HBr> HI
F. London:
Pebullición:
H I
HI > HBr> HCl
HI > HBr> HCl
µ
Especie
i) HCl (188K), HBr(206K), HI (237K)
µ1 > µ2> µ3
N° e-: HI > HBr>
HBr> HCl
Tendencia opuesta,
entonces ????
PM
PE(K)
N2
0
28
77
CO
≠0
28
81
PE(K)
µ
PM
CH3OCH3
1,3
46
248
CH3CN
3,9
41
355
Especie
PE(CO) > PE(N2)
PE(CH3CN) > PE(CH3OCH3)
Fuerzas de London decisivas.
Fuerzas dipolodipolo-dipolo decisivas.
decisivas
ii) HCl (188K) y Cl2(239K)
PUENTES DE HIDRÓ
HIDRÓGENO (enlace de hidró
hidrógeno)
PUENTES DE HIDRÓ
HIDRÓGENO
Punto de ebullición (ºC)
Interacción atractiva entre un átomo de H que forma un enlace
covalente polar con un átomo X muy electronegativo y un par
de electrones no compartidos de un átomo Z electronegativo y
pequeño.
N, O, F
δ(-) δ(+)
X – H ……:Z-
N, O, F
Período
H2O, HF, NH3
presentan Peb altos.
Tendencia contraria a la que se
espera por sus PM.
Lleva a postular el concepto de enlace o puentes de hidrógeno.
FUERZAS POR PUENTES DE HIDRÓ
HIDRÓGENO (enlace de H)
Ejemplos:
Son más fuertes que las fuerzas de dispersión de London
y que las fuerzas dipolo-dipolo.
Son más débiles que un enlace químico
Puentes hidró
hidrógeno - Estructura del ADN: la doble hé
hélice
HF sólido
HF en fase gaseosa
Los puentes hidró
hidrógeno A-T y CC-G entre las bases
púricas y pirimí
pirimídicas son el eje de la doble hé
hélice del
modelo de Watson y Crick para el ADN (1953).
Adenina (A)
Timina (T)
Citosina (C)
Guanina (G)
4
EL ENLACE DE HIDRÓGENO EN El AGUA
Puentes de hidró
hidrógenogeno- Replicació
Replicación del ADN
Replicación del
ADN
Puente hidró
hidrógeno entre
2 molé
moléculas de agua
H2O
2δ(-)
Enlace de H
0,177 nm
δ(+)
Enlace covalente
δ(+)
0,0965 nm
Ordenamiento tetraé
tetraédrico
Puentes de hidró
hidrógeno responsables de las propiedades
extraordinarias del agua
Entorno alrededor de
una molécula de agua
Explican:
Por qué el agua es líquida a T ambiente.
Por qué su Peb es 100°C a P= 1 atm.
En el sólido
En el líquido
Punto de ebullición (ºC)
Por qué la δH2O(s) < δH2O(l)
δH2O(s) < δH2O(l)
Período
Estructura abierta del agua sólida (hielo).
δ Máxima H2O(l) = 4°C
δH2O(s) < δH2O(l)
Agua
Densidad (g/ml)
Hielo flota
Forma hexagonal característica de los
copos de nieve
Hielo
Consecuencia: Una dada
masa de H2O(s) ocupa
mayor volumen que la
misma masa de H2O(l).
Temperatura (°C)
Permite la vida
acuática en climas
fríos.
5
FUERZAS INTERMOLECULARES Y ALGUNAS
PROPIEDADES DE LOS LÍ
LÍQUIDOS
Ejercicios:
1. Identifique el tipo de F. Intermoleculares presentes en las
siguientes sustancias: H2S; SF6; NH3; Ar; HF; HCl
VISCOSIDAD (η): Resistencia de un líquido a fluir.
En igual tiempo
Forma de medirla
2. a) Cuál de los siguientes átomos es más polarizable: O, S, Se.
b) Ordene en orden creciente de polarizabilidad: SiCl4; CH4, SiH4
3. Explique la diferencia en los Peb de las siguientes sustancias:
a) CH3F ( -142°C); CCl 4(-23°C); b) F 2 ( 85K); HCl (188K).
4. a) Cuál de los siguientes moléculas puede formar puentes de
hidrógeno con otras moléculas del mismo compuesto: i) CH3OH;
ii) PH3, iii) CH3NH2, iv) CH3OCH3, v) H3PO4:
Más
viscoso
Menos
viscoso
Ejemplo: comparar agua, alcohol etílico, miel y aceites pesados
para motores.
Tensió
Tensión Superficial
F. intermoleculares más intensas
Cuando T aumenta aumenta la Ec
de las partículas
Mayor Viscosidad
Los líquidos tienden a mantener un área superficial mínima.
Tienden a formar gotas.
Menor Viscosidad
Se resisten a aumentar
su superficie
Las características estructurales influyen en su valor.
En una familia de compuestos aumenta al aumentar el PM
Sustancia
Las fuerzas de atracción en el interior son diferentes a las
de la superficie.
Hexano
Heptano
Octano
Nonano
Decano
La energía que se requiere para aumentar la superficie
de un líquido en una unidad de área se denomina tensió
tensión
superficial. Unidades: J/m2.
Tensió
Tensión Superficial
La superficie del líquido se comporta como una membrana
o barrera.
Tensió
Tensión Superficial
Fuerzas de cohesió
cohesión
Fuerzas de adhesió
adhesión
Opone una gran resistencia a ser traspasada y origina una
“película superficial” que permite:
Fuerzas intermoleculares entre
moléculas semejantes.
(Ej: agua-agua)
Fuerzas intermoleculares entre
moléculas diferentes.
(Ejemplo agua-vidrio)
Superficie Limpia
El líquido
moja la
superficie
F.adhesión> F.cohesión
Superficie encerada
El líquido
conserva su
forma esférica
F.cohesión > F.adhesión
6
FUERZAS INTERMOLECULARES
F.cohesión > F.adhesión
No asciende
F.adhesión> F.cohesión
El liquido moja el vidrio.
Menisco cóncavo
El Hg no moja el vidrio
Menisco convexo
F.cohesión > F.adhesión
Capilaridad:
fuerzas de adhesión
El proceso se detiene cuando la
presión que ejerce la columna de
agua , se equilibra con la presión
capilar.
La altura de la
columna depende
del diámetro del
tubo.
Fenómeno responsable, en parte, de la
ascensión de la savia desde las raíces
hasta las hojas, a través de los vasos
leñosos.
7