1. FUERZAS INTERMOLECULARES
Las fuerzas intermoleculares o Cohesión intermolecular son fuerzas
electromagnéticas las cuales actúan entre moléculas o entre regiones
ampliamente distantes de una macromolécula.
La cohesión es distinta de la adhesión; la cohesión es la fuerza de atracción entre
partículas adyacentes dentro de un mismo cuerpo, mientras que la adhesión es la
interacción entre las superficies de distintos cuerpos.
En los gases, la fuerza de cohesión puede observarse en su licuefacción, que
tiene lugar al comprimir una serie de moléculas y producirse fuerzas de atracción
suficientemente altas para proporcionar una estructura líquida.
En los líquidos, la cohesión se refleja en la tensión superficial, causada por una
fuerza no equilibrada hacia el interior del líquido que actúa sobre las moléculas
superficiales, y también en la transformación de un líquido en sólido cuando se
comprimen las moléculas lo suficiente.
En los sólidos, la cohesión depende de cómo estén distribuidos los átomos, las
moléculas y los iones, lo que a su vez depende del estado de equilibrio (o
desequilibrio) de las partículas atómicas. Muchos compuestos orgánicos, por
ejemplo, forman cristales moleculares, en los que los átomos están fuertemente
unidos dentro de las moléculas, pero éstas se encuentran poco unidas entre sí.
ION – DIPOLO
Estas son interacciones que ocurren entre especies con carga. Las cargas
similares se repelen, mientras que las opuestas se atraen. Es la fuerza que existe
entre un ion y una molécula polar neutra que posee un momento dipolar
permanente, las moléculas polares son dipolos tienen un extremo positivo y un
extremo negativo. Los iones positivos son atraídos alextremo negativo de un
dipolo, en tanto que los iones negativos son atraídos al extremo positivo.
La magnitud de la energía de la interacción depende de la carga sobre el ion (Q),
el momento dipolar del dipolo (µ), y de la distancia del centro del ion al punto
medio del dipolo (d).
Las fuerzas ion-dipolo son importantes en las soluciones de las sustancias iónicas
en líquidos.
PUENTE DE HIDROGENO
Ocurre cuando un átomo de hidrógeno es enlazado a un átomo fuertemente
electronegativo como el nitrógeno, el oxígeno o el flúor. El átomo de hidrógeno
2. posee una carga positiva parcial y puede interactuar con otros átomos
electronegativos en otra molécula (nuevamente, con N, O o F). Asi mismo, se
produce un cierto solapamiento entre el H y el átomo con que se enlaza (N,O o F)
dado el pequeño tamaño de estas especies, siendo por tanto mayor el
solapamiento cuanto menor sea el tamaño del átomo con que interacciona el H.
Por otra parte, cuanto mayor sea la diferencia de electronegatividad entre el H y el
átomo interactuante, más fuerte será el enlace. Fruto de estos presupuestos
obtenemos un orden creciente de intensidad del enlace de hidrógeno: el formado
con el F será de mayor intensidad que el formado con el O, y éste a su vez será
más intenso que el formado con el N. Estos fenómenos resultan en una
interacción estabilizante que mantiene ambas moléculas unidas. Un ejemplo claro
del puente de hidrógeno es el agua:
Los enlaces de hidrógeno se encuentran en toda la naturaleza. Proveen al agua
de sus propiedades particulares, las cuales permiten el desarrollo de la vida en la
Tierra. Los enlaces de hidrógeno proveen también la fuerza intermolecular que
mantiene unidas ambas hebras en una molécula de ADN.
DIPOLO – DIPOLO
Las atracciones dipolo-dipolo, también conocidas como Keeson, por
WillemHendrikKeesom, quien produjo su primera descripción matemática en 1921,
son las fuerzas que ocurren entre dos moléculas con dipolos permanentes. Estas
funcionan de forma similar a las interacciones iónicas, pero son más débiles
debido a que poseen solamente cargas parciales.
LA ADHESIÓN
Es la propiedad de la materia por la cual se unen dos superficies de sustancias
iguales o diferentes cuando entran en contacto, y se mantienen juntas por fuerzas
intermoleculares.
La adhesión ha jugado un papel muy importante en muchos aspectos de las
técnicas de construcción tradicionales. La adhesión del ladrillo con el mortero
(cemento) es un ejemplo claro.
La cohesión es distinta de la adhesión. La cohesión es la fuerza de atracción entre
partículas adyacentes dentro de un mismo cuerpo, mientras que la adhesión es la
interacción entre las superficies de distintos cuerpos.
Todas las propiedades estudiadas están es relación con la estructura del material
y se dan en toda la más del mismo. Pero existen una serie de fenómenos que se
producen en la superficie de cualquier cuerpo, sólido o líquido, y que son debidos
a que la estructura no es igual en superficie que en profundidad. Estos fenómenos
se denominan fenómenos de superficie y entre ellos se encuentran la
3. humectancia, la capilaridad, la hidrofilia, la adsorción, La absorción, la
sinterización y la adhesión. Todos estos fenómenos están relacionados entre sí y
se basan en el desequilibrio energético que existe en la superficie del material, lo
que conocemos como energía superficial.
FUERZA INTERMOLECULAR
Las fuerzas intermoleculares son el conjunto de fuerzas atractivas y repulsivas que
se producen entre las moléculas como consecuencia de la polaridad que poseen
las moléculas. Aunque son considerablemente más débiles que los enlaces
iónicos, covalentes y metálicos. Las principales fuerzas intermoleculares son:
El enlace de hidrógeno (antiguamente conocido como puente de hidrógeno)
Las fuerzas de Van der Waals, que podemos clasificar a su vez en:
Dipolo - Dipolo.
Dipolo - Dipolo inducido.
Fuerzas de dispersión de London.
ENLACE DE HIDRÓGENO
El enlace de hidrógeno ocurre cuando un átomo de hidrógeno es enlazado a un
átomo fuertemente electronegativo como el nitrógeno, el oxígeno o el flúor.1 El
átomo de hidrógeno posee una carga positiva parcial y puede interactuar con otros
átomos electronegativos en otra molécula (nuevamente, con N, O o F). Así mismo,
se produce un cierto solapamiento entre el H y el átomo con que se enlaza (N, O o
F) dado el pequeño tamaño de estas especies. Por otra parte, cuanto mayor sea la
diferencia de electronegatividad entre el H y el átomo interactuante, más fuerte
será el enlace. Fruto de estos presupuestos obtenemos un orden creciente de
intensidad del enlace de hidrógeno: el formado con el F será de mayor intensidad
que el formado con el O, y éste a su vez será más intenso que el formado con el
N. Estos fenómenos resultan en una interacción estabilizante que mantiene ambas
moléculas unidas. Un ejemplo claro del enlace de hidrógeno es el agua:
Los enlaces de hidrógeno se encuentran en toda la naturaleza. Proveen al agua
de sus propiedades particulares, las cuales permiten el desarrollo de la vida en la
Tierra. Los enlaces de hidrógeno proveen también la fuerza intermolecular que
mantiene unidas ambas hebras en una molécula de ADN.
Es un tipo especial de interacción dipolo-dipolo entre el átomo de hidrógeno que
está formando un enlace polar, tal como N—H, O—H, ó F—H, y un átomo
4. electronegativo como O, N ó F. Esta interacción se representa de la siguiente
forma:
A—H•••B A—H•••A
A y B representan O, ó F; A—H es una molécula o parte de una molécula y B es
parte de otra. La línea de puntos representa el enlace de hidrógeno.
La energía media de un enlace de hidrógeno es bastante grande para ser una
interacción dipolo-dipolo (mayor de 40 KJ/mol). Esto hace que el enlace de
hidrógeno sea una de gran importancia a la hora de la adopción de determinadas
estructuras y en las propiedades de muchos compuestos.
Las primeras evidencias de la existencia de este tipo de interacción vinieron del
estudio de los puntos de ebullición. Normalmente, los puntos de ebullición de
compuestos que contienen a elementos del mismo grupo aumentan con el peso
molecular. Pero, como se puede observar en la figura, los compuestos de los
elementos de los Grupos 15, 16 y 17 no siguen esta norma. Para cada uno de los
grupos, los compuestos de menos peso molecular (NH3, H2O, HF) tienen el punto
de ebullición más alto, en contra de lo que se podría esperar en principio. Ello es
debido a que existe algún tipo de interacción entre las moléculas en estado líquido
que se opone al paso al estado de vapor. Esa interacción es el enlace de
hidrógeno, y afecta a los primeros miembros de la serie pues son los más
electronegativos, y por ello el enlace X-H es el más polarizado, lo que induce la
mayor interacción por puente de hidrógeno. Los puentes de hidrógeno son
especialmente fuertes entre las moléculas de agua y son la causa de muchas de
las singulares propiedades de esta sustancia. Los compuestos de hidrógeno de
elementos vecino al oxígeno y de los miembros de su familia en la tabla periódica,
son gases a la temperatura ambiente: CH4, NH3, H2S, H2Te, PH3, HCl. En
cambio, el H2O es líquida a la temperatura ambiente, lo que indica un alto grado
de atracción intermolecular. En la figura se puede ver que el punto de ebullición
del agua es 100 °C más alto de lo que cabría predecir si no hubiera puentes de
hidrógeno. Los puentes de hidrógeno juegan también un papel crucial en la
estructura del ADN, la molécula que almacena la herencia genética de todos los
seres vivos.
FUERZA DE VAN DER WAALS
También conocidas como fuerzas de dispersión, de London o fuerzas dipolo-
transitivas, corresponden a las interacciones entre moléculas con enlaces
covalentes apolares debido a fenómenos de polarización temporal. Estas fuerzas
se explican de la siguiente forma: como las moléculas no tienen carga eléctrica
neta, en ciertos momentos, se puede producir una distribución en la que hay
5. mayor densidad de electrones en una región que en otra, por lo que aparece un
dipolo momentáneo.
Cuando dos de estas moléculas polarizadas y orientadas convenientemente se
acercan lo suficiente entre ambas, pude ocurrir que las fuerzas eléctricas
atractivas sean lo bastante intensas como para crear uniones intermoleculares.
Estas fuerzas son muy débiles y se incrementan con el tamaño de las moléculas.
[dipolo permanente] H-O-H----Cl-Cl [dipolo transitivo]
Un ejemplo del segundo caso se encuentra en la molécula de cloro:
(+) (-) (+) (-)
[dipolo transitivo] Cl-Cl----Cl-Cl [dipolo transitivo]
ATRACCIONES DIPOLO-DIPOLO
Una atracción dipolo-dipolo es una interacción no covalente entre dos moléculas
polares o dos grupos polares de la misma molécula si esta es grande. Las
moléculas que son dipolos se atraen entre sí cuando la región positiva de una está
cerca de la región negativa de la otra.
Las atracciones dipolo-dipolo, también conocidas como Keeson, por
WillemHendrikKeesom, quien produjo su primera descripción matemática en 1921,
son las fuerzas que ocurren entre dos moléculas con dipolos permanentes. Estas
funcionan de forma similar a las interacciones iónicas, pero son más débiles
debido a que poseen solamente cargas parciales. También se pueden dar entre
una molécula con dipolo negativo y positivo al mismo tiempo, más un átomo
normal sin carga.
INTERACCIONES IÓNICAS
Son interacciones que ocurren a nivel de catión-anión, entre distintas moléculas
cargadas, y que por lo mismo tenderán a formar una unión electrostática entre los
extremos de cargas opuestas debido a la atracción entre ellas.
Un ejemplo claro de esto es lo que ocurre entre los extremos Carboxilo y Amino
de un aminoácido, péptido, polipéptido o proteína con otro.
FUERZAS DE LONDON O DE DISPERSIÓN
Las fuerzas de London se presentan en todas las sustancias moleculares. Son el
resultado de la atracción entre los extremos positivo y negativo de dipolos
inducidos en moléculas adyacentes.
6. Incluso los átomos de los gases nobles, las moléculas de gases diatómicos como
el oxígeno, el nitrógeno y el cloro (que deben ser no polares) y las moléculas de
hidrocarburos no polares como el CH4, C2H6 tienen tales dipolos instantáneos.
La intensidad de las fuerzas de London depende de la facilidad con que se
polarizan los electrones de una molécula, y eso depende del número de electrones
en la molécula y de la fuerza con que los sujeta la atracción nuclear. En general,
cuantos más electrones haya en una molécula más fácilmente podrá polarizarse.
Así, las moléculas más grandes con muchos electrones son relativamente
polarizables. En contraste, las moléculas más pequeñas son menos polarizables
porque tienen menos electrones. Las fuerzas de London varían aproximadamente
entre 0.05 y 40 kJ/mol.
Cuando examinamos los puntos de ebullición de varios grupos de moléculas no
polares pronto se hace evidente el efecto del número de electrones (Tabla 2). Este
efecto también se correlaciona con la masa molar: cuanto más pesado es un
átomo o molécula, más electrones tiene: resulta interesante que la forma
molecular también desempeña un papel en la formación de las fuerzas de London.
Dos de los isómeros del pentano –el pentano de cadena lineal y el 2,2-
dimetilpropano (ambos con la fórmula molecular C5H12)- difieren en su punto de
ebullición en 27 °C. La molécula de n-pentano, por su linealidad, permite un
contacto estrecho con las moléculas adyacentes, mientras que la molécula de 2,2-
dimetilpropano, más esférica no permite ese contacto.
FUERZAS ION-DIPOLO
Estas son interacciones que ocurren entre especies con carga. Las cargas
similares se repelen, mientras que las opuestas se atraen.
Es la fuerza que existe entre un ion y una molécula polar neutra que posee un
momento dipolar permanente. Las moléculas polares son dipolos (tienen un
extremo positivo y un extremo negativo. Los iones positivos son atraídos al
extremo negativo de un dipolo, en tanto que los iones negativos son atraídos al
extremo positivo), estas tienen enlaces entre sí.
La energía de la interacción depende de la carga sobre el ion (Q), el momento
dipolar del dipolo (µ), y de la distancia del centro del ion al punto medio del dipolo
(d).
Las fuerzas ion-dipolo son importantes en las soluciones de las sustancias iónicas.
FUERZAS DE COHESIÓN
7. Las fuerzas de cohesión son las fuerzas que atraen y mantienen unidas las
moléculas. Es la acción o la propiedad de las moléculas, de como se pegan entre
sí, siendo fuerzas de carácter atractivo. Esta es una propiedad intrínseca de una
sustancia que es causada por la forma y la estructura de sus moléculas que hace
que la distribución de los electrones en órbita irregular cuando las moléculas se
acercan la una a la otra,creando atracción eléctrica que pueden mantener una
estructura macroscópica tal como una gota de agua. En otras palabras, la
cohesión permite a la tensión superficial, la creación de un estado condensado.
FUERZA DE ADHESIÓN
La adhesión es la propiedad de la materia por la cual se unen y plasman dos
superficies de sustancias iguales o diferentes cuando entran en contacto, y se
mantienen juntas por fuerzas intermoleculares.
La cohesión es distinta de la adhesión. La cohesión es la fuerza de atracción entre
partículas adyacentes dentro de un mismo cuerpo, mientras que la adhesión es la
interacción entre las superficies de distintos cuerpos.
Dos materiales pueden formar un compuesto químico al unirse. Las uniones más
fuertes se producen entre átomos donde hay permutación (enlace iónico) o se
comparten electrones (enlace covalente). Un enlace más débil se produce cuando
un átomo de hidrógeno que ya forma parte de una partícula se ve atraída por otra
de nitrógeno, oxígeno o flúor, en ese caso hablaríamos de un puente de
hidrógeno.
POLARIDAD
La polaridad química o solo polaridad es una propiedad de las moléculas que
representa la separación de las cargas eléctricas en la misma (ver dipolo
eléctrico). Esta propiedad está íntimamente relacionada con otras propiedades
como la solubilidad, punto de fusión, punto de ebullición, fuerzas intermoleculares,
etc.
MOLÉCULAS APOLARES
Las moléculas apolares son aquellas moléculas que se producen por la unión
entre átomos que poseen igual electronegatividad, por lo que las fuerzas con las
que los átomos que conforman la molécula atraen los electrones del enlace son
iguales, produciéndose así la anulación de dichas fuerzas. Un ejemplo de una
molécula apolar es la molécula de oxígeno (O2). En esta molécula cada átomo de
oxígeno atrae a los electrones compartidos hacia sí mismo con una misma
intensidad pero en dirección contraria, por lo que se anulan las fuerzas de
atracción y la molécula no se convierte, se transforma en un dipolo.
8. FUERZAS 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. En este momento
se establece una fuerza de atracción entre las moléculas.
FUERZAS IÓN-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 (Figura inferior izquierda).
La capa de agua de hidratación que se forma en torno a ciertas proteínas y que
resulta tan importante para su función también se forma gracias a estas
interacciones.
PUENTES DE HIDRÓGENO
Los puentes de hidrógeno constituyen un caso especial de interacción dipolo-
dipolo (Figura de la derecha). Se producen cuando un átomo de hidrógeno está
unido covalentemente a un elemento que sea:
Muy electronegativo y con dobletes electrónicos sin compartirde muy pequeño
tamaño y capaz, por tanto, de aproximarse al núcleo del hidrógeno
Estas condiciones se cumplen en el caso de los átomos de F, O y N.
El enlace que forman con el hidrógeno es muy polar y el átomo de hidrógeno es
un centro de cargas positivas que será atraído hacia los pares de electrones sin
compartir de los átomos electronegativos de otras moléculas (Figura de la
izquierda). Se trata de un enlace débil (entre 2 y 10 Kcal/mol). Sin embargo, como
son muy abundantes, su contribución a la cohesión entre biomoléculas es grande.
ELECTRONEGATIVIDAD
La electronegatividad (abreviación EN, símbolo χ (letra griega chi)), es la medida
de la capacidad de un átomo (o de manera menos frecuente un grupo funcional)
para atraer hacia él los electrones, cuando forma un enlace químico en una
molécula. También debemos considerar la distribución de densidad electrónica
alrededor de un átomo determinado frente a otros distintos, tanto en una especie
molecular como en sistemas o especies no moleculares. El flúor es el elemento
