Clase 11 Fuerzas Intermoleculares

FUERZAS INTERMOLECULARES
Dentro de una molécula, los átomos están unidos mediante
fuerzas intramoleculares (enlaces iónicos, metálicos o
covalentes, principalmente). Estas son las fuerzas que se deben
vencer para que se produzca un cambio químico. Son estas
fuerzas, por tanto, las que determinan las propiedades
químicas de las sustancias.
Sin embargo existen otras fuerzas intermoleculares que actúan
sobre distintas moléculas o iones y que hacen que éstos se
atraigan o se repelan. Estas fuerzas son las que determinan las
propiedades físicas de las sustancias como, por ejemplo, el
estado de agregación, el punto de fusión y de ebullición, la
solubilidad, la tensión superficial, la densidad, etc.
Hidratación hidrofílica:
- Disminuye la interacción solutosoluto
- Aumenta interacción agua-soluto
- Disminuye orden de agua en fase
volumen
-Favorece dispersión del soluto
- Se opone a la agregación del soluto
Hidratación hidrofóbica:
- Disminuye la interacción agua-agua
- Disminuye interacción agua-soluto
- Aumenta orden de agua sobre superf. hidrofóbica
- Se opone a la dispersión del soluto
- Favorece agregación del soluto
En medio acuoso, cada molécula de
lípido obliga a las moléculas de agua
vecinas a adoptar estados más
ordenados (las que están
sombreadas de color azul)
Cuando las moléculas de lípido se
agregan, sólo están más ordenadas las
moléculas de agua que están en
contacto directo con el agregado. Al ser
menos, la entropía aumenta.
Carga-Carga: La magnitud de la
fuerza electrostática viene definida
por la ley de Coulomb y es
directamente proporcional a la
magnitud de las cargas e
inversamente proporcional a la
distancia que las separa .
Carga-Dipolo: Son las que se establecen
entre un ión y una molécula polar.
Por ejemplo, el NaCl se disuelve en agua por
la atracción que existe entre los iones Na+ y
Cl- y los correspondientes polos con carga
opuesta de la molécula de agua. Esta
solvatación de los iones es capaz de vencer
las fuerzas que los mantienen juntos en el
estado sólido.
Dipolo-Dipolo: Una molécula es un dipolo
cuando existe una distribución asimétrica de
los electrones debido a que la molécula está
formada
por
átomos
de
distinta
electronegatividad. Como consecuencia de
ello,
los
electrones
se
encuentran
preferentemente en las proximidades del
átomo más electronegativo. Se crean así dos
polos en la molécula. Cuando dos moléculas
polares se aproximan, se produce una
atracción entre el polo positivo de una de ellas
y el negativo de la otra.
Los puentes de hidrógeno constituyen un
caso especial de interacción dipolo-dipolo.
Muchas de las propiedades físicas y químicas
del agua se deben a los puentes de hidrógeno.
Cada molécula de agua es capaz de formar 4
puentes de hidrógeno.
Carga-Dipolo inducido: Tienen lugar entre un
ión y una molécula apolar. La proximidad del
ión provoca una distorsión en la nube
electrónica de la molécula apolar que convierte
(de modo transitorio) en una molécula
polarizada.
Dipolo-Dipolo inducido: Tienen lugar entre
una molécula polar y una molécula apolar. En
este caso, la carga de una molécula polar
provoca una distorsión en la nube electrónica
de la molécula apolar y la convierte, de modo
transitorio, en un dipolo.
Dipolo instantáneo-Dipolo inducido:
La
formación de un dipolo instantáneo en una
molécula origina la formación de un dipolo
inducido en una molécula vecina de manera
que se origina una débil fuerza de atracción
entre las dos.
Fuerzas de dispersión de London: También
se conocen como F. de disp. De London a la
interacc. Entre un dipolo fluctuante con una
molecula vecina inducida a comportarse
también como un dipolo fluctuante: “onda de
inducción”.
Cuando se encuentran a una distancia moderada, las moléculas se atraen entre sí
pero, cuando sus nubes electrónicas empiezan a solaparse, las moléculas se repelen
con fuerza . Las fuerzas de van der Waals engloban colectivamente a las fuerzas de
atracción entre las moléculas. Son fuerzas de atracción débiles que se establecen
entre moléculas eléctricamente neutras (tanto polares como no polares). Las fuerzas
de van der Waals incluyen: Fuerzas dipolo-dipolo (también llamadas fuerzas de
Keesom), entre las que se incluyen los puentes de hidrógeno, Fuerzas dipolo-dipolo
inducido (también llamadas fuerzas de Debye) y Fuerzas dipolo instantáneo-dipolo
inducido y Fuerzas de dispersión o fuerzas de London .
A estas fuerzas de dispersión se opone la repulsión electrostática entre las capas
electrónicas de dos átomos contiguos. La resultante de estas fuerzas opuestas es
una distancia mínima permitida entre los núcleos de dos átomos contiguos que se
conoce como radio de Van der Waals.
ESTRUCTURAS DE AUTOAGREGACIÓN
Permitidas y estabilizadas por factores termodinámicos y
geométricos:
1) Número de agregación
2) Energía libre de interacción
3) Restricciones de empaquetamiento
1) Número de agregación
Considerando una molécula en 2 estados, por ej. como monómero o en un agregado:
∆G=0 en el equilibrio, y ∆Gt= N (µºhc-µºw)= -RT. LnK…. (t: transf desde agua a fase agreg. de hc)
siendo K= Xhc/Xw (X= fracción molar)
Para hidrocarburos ∆Gtº=-2.5 kcal/nm2 (E que se gana si el monómero va a la fase hc)
En equilibrio:
µ = µ1º + RT.Ln X1 = µ2º + RT.Ln X2 = µ3º + RT.Ln X3
2
2
3
3
→ µN = µNº + RT.Ln XN
N
N
N: Nº de agregación,
µNº: pot. quím. de moléc. en agregado,
XN: fracción molar de la molec en el agregado
Ley de conservación de la masa: ningun Xn puede exceder de 1
Si XN <<<1 todas las moléculas están como monómero
Para la formación y estabilidad de un agregado debe ocurrir que para algún valor de N → µNº< µ1º
Considerando 2 estados posibles: monómero y micela (estruct. atoagreg.)
∆Gmic = (µNº - µ1º) = RT.LnX1 - RT.Ln XN …….
N
N
y para XN <<<1 → ∆Gmic ≈ RT.LnX1 ≈ RT.Ln CMC → Concentración Micelar Crítica
A partir de la dependencia de la CMC con la Temperatura se pueden obtener la entalpía y la entropía
de micelización:
∂ LnCMC = ∆Hºmic
∂ 1/T
R
∆Gºmic = ∆Hºmic – T. ∆Sºmic
2) Energía libre de interacción
3) Restricciones de empaquetamiento: requerimientos geométricos
Parámetro Crítico de empaquetamiento: Pc= V / a . l
(Vol. molecular / área grupo polar x long. cadena hidrocarbonada)
<1/3
TRANSICIONES DE FASE
MEMBRANA: ensamble multimolecular no-covalente bidimensional de
lípidos y proteínas
Funciones:
- Procesos Bioquímicos.
- Procesos Transporte
- Procesos de Transducción de Señales
Modelo del Mosaico Fluido (Singer and Nicholson, 1972):
- Bicapa lipídica asimétrica
- Estado fluido y dinámico
- Proteinas asociadas
(adsorbidas, intrínsecas, unidas covalentemente a lípidos, etc.)
- 1990: concepto de dominios de membrana.
Ultimos avances y desafio para el próximo modelo:
Estudios dinámicos, tráfico de membrana y asociación con el citoesqueleto.
Tipos de
dinámica de
lípidos en
membranas