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Fuerzas intermoleculares

Fuerzas intermoleculares

El carbono y el oxígeno son elementos similares. Tienen masas atómicas comparables y ambos forman moléculas con enlaces covalentes. En el mundo natural encontramos el carbono en forma de diamante o grafito, y el oxígeno en forma de moléculas de O2. Sin embargo, el diamante y el oxígeno tienen puntos de fusión y ebullición muy diferentes. Mientras que el punto de fusión del oxígeno es de -218,8°C, el diamante no se funde en absoluto en condiciones atmosféricas normales. En cambio, sólo sublima a la abrasadora temperatura de 3.700 °C. ¿A qué se deben estas diferencias en las propiedades físicas? Todo tiene que ver con las fuerzas intermoleculares e intramoleculares.

Las fuerzas intermoleculares son fuerzas entre moléculas. En cambio, las fuerzas intramoleculares son fuerzas dentro de una molécula

Intermoleculares e intramoleculares

Vamos a comparar la estructura de los compuestos que mencionamos anteriormente. El carbono es una estructura covalente gigante. Esto significa que contiene un gran número de átomos que se mantienen unidos en una estructura reticular repetitiva mediante muchos enlaces covalentes. Los enlaces covalentes son un tipo de fuerza intramolecular. En cambio, el oxígeno es una molécula covalente simple. Dos átomos de oxígeno se unen mediante un enlace covalente, pero no hay enlaces covalentes entre las moléculas. En su lugar, sólo hay fuerzas intermoleculares débiles. Para fundir el diamante, tenemos que romper estos fuertes enlaces covalentes, pero para fundir el oxígeno simplemente tenemos que superar las fuerzas intermoleculares.

Por lo que podemos deducir que romper las fuerzas intermoleculares es mucho más fácil que romper las fuerzas intramoleculares. Exploremos ahora las fuerzas intramoleculares e intermoleculares.

Enlaces intramoleculares

Como hemos definido anteriormente, las fuerzas intramoleculares son fuerzas dentro de una molécula, por lo que se conoce como enlace. Como ya sabrás, hay tres tipos de enlace, el enlace iónico, metálico y covalente. Estos enlaces son extremadamente fuertes y romperlos requiere mucha energía.

Para repasar, dirígete a "Tipos de enlace".

Enlaces intermoleculares

Pero, si conocemos la estructura de un átomo, sabemos que está compuesto por un núcleo positivo y electrones que están en constante movimiento. Por lo tanto, se podría atraer el núcleo de un átomo al electrón de otro átomo, formando fuerzas intermoleculares, fuerzas entre moléculas. Son más débiles que las fuerzas intramoleculares y no requieren tanta energía para romperse. Incluyen las fuerzas de Van der Waals (también conocidas como fuerzas dipolares inducidas, fuerzas de London o fuerzas de dispersión), las fuerzas dipolo-dipolo permanentes y el enlace de hidrógeno. Las exploraremos en un segundo, pero antes debemos revisar la polaridad de los enlaces.

Polaridad de los enlaces

Como hemos mencionado anteriormente, hay tres tipos principales de fuerzas intermoleculares:

  • Fuerzas de Van der Waals.
  • Fuerzas dipolo-dipolo permanentes.
  • Enlace de hidrógeno.

¿Cómo sabemos cuál experimentará una molécula? Todo depende de la polaridad del enlace. El par de electrones de enlace no siempre está igualmente espaciado entre dos átomos unidos con un enlace covalente (¿tienes en mente lo que dijimos en artículos anteriores acerca de la polaridad?). En cambio, un átomo puede atraer el par con más fuerza que el otro. Esto se debe a las diferencias en las electronegatividades.

La electronegatividad es la capacidad de un átomo para atraer un par de electrones de enlace.

Un átomo más electronegativo atraerá hacia sí el par de electrones del enlace, quedando parcialmente cargado negativamente y dejando al segundo átomo parcialmente cargado positivamente. Decimos que se ha formado un enlace polar y que la molécula contiene un momento dipolar.

Un dipolo es un par de cargas iguales y opuestas separadas por una pequeña distancia.

Podemos representar esta polaridad utilizando el símbolo delta, δ, o dibujando una nube de densidad de electrones alrededor del enlace.

Por ejemplo, el enlace H-Cl muestra la polaridad, ya que el cloro es mucho más electronegativo que el hidrógeno.

Sin embargo, una molécula con enlaces polares puede no ser polar en general. Si todos los momentos dipolares actúan en direcciones opuestas y se anulan entre sí, la molécula quedará sin dipolo. Si observamos el dióxido de carbono, CO2, podemos ver que tiene dos enlaces polares C=O. Sin embargo, CO2 como es una molécula lineal, los dipolos actúan en direcciones opuestas y se anulan. CO2 es apolar y no tiene ningún momento dipolar total.

Tipos de fuerzas intermoleculares

Una molécula experimentará diferentes tipos de fuerzas intermoleculares dependiendo de su polaridad. Exploremos cada una de ellas por separado.

Fuerzas de Van der Waals

Las fuerzas de Van der Waals, se encuentran en todas las moléculas, incluidas las apolares. Son las atracciones entre moléculas debido a un dipolo constante o un dipolo instantáneo. Por lo que hay 3 tipos de fuerzas de Van der Waals según el dipolo

  • Fuerzas de London
  • Fuerzas dipolo-dipolo
  • Fuerzas dipolo - dipolo inducido

Fuerzas de London

Las fuerzas de London son el tipo de fuerza intermolecular más débil. También se conocen como fuerzas de dispersión. Se encuentran en todas las moléculas, incluidas las apolares.

Aunque tendemos a pensar que los electrones están distribuidos uniformemente en una molécula simétrica, en realidad están en constante movimiento. Este movimiento es aleatorio y hace que los electrones se distribuyan de forma desigual en la molécula. Imagine que agita un recipiente lleno de pelotas de ping pong. En cualquier momento, puede haber un mayor número de pelotas de ping pong en un lado del recipiente que en el otro. Si estas pelotas de ping pong están cargadas negativamente, significa que el lado con más pelotas de ping pong también tendrá una ligera carga negativa, mientras que el lado con menos pelotas tendrá una ligera carga positiva. Se ha creado un pequeño dipolo. Sin embargo, las pelotas de ping pong se mueven constantemente al agitar el recipiente, por lo que el dipolo también se mantiene en movimiento. Esto se conoce como un dipolo temporal.

Si otra molécula se acerca a este dipolo temporal, también se inducirá un dipolo en ella. Por ejemplo, si la segunda molécula se acerca al lado parcialmente positivo de la primera molécula, los electrones de la segunda molécula se verán ligeramente atraídos por el dipolo de la primera molécula y se moverán todos hacia ese lado. Esto crea un dipolo en la segunda molécula conocido como dipolo inducido. Cuando el dipolo de la primera molécula cambia de dirección, también lo hace el de la segunda. Esto ocurrirá con todas las moléculas de un sistema. Esta atracción entre ellas se conoce como fuerzas de London.

Las fuerzas de London son un tipo de fuerza intermolecular que se encuentra entre todas las moléculas, debido a los dipolos temporales que se producen por el movimiento aleatorio de los electrones.

Las fuerzas de London aumentan su fuerza a medida que aumenta el tamaño de la molécula. Esto se debe a que las moléculas más grandes tienen más electrones. Esto crea un dipolo temporal más fuerte.

Fuerzas dipolo-dipolo

Como hemos mencionado anteriormente, las fuerzas de dispersión actúan entre todas las moléculas, incluso las que consideraríamos apolares. Sin embargo, las moléculas polares experimentan un tipo adicional de fuerza intermolecular. Las moléculas con momentos dipolares que no se anulan entre sí tienen algo que llamamos un dipolo permanente. Una parte de la molécula está parcialmente cargada negativamente, mientras que otra está parcialmente cargada positivamente. Los dipolos con carga opuesta de las moléculas vecinas se atraen y los dipolos con carga similar se repelen. Estas fuerzas las fuerzas de Van der Waals más fuertes, ya que los dipolos implicados son mayores. Las llamamos fuerzas dipolo-dipolo permanentes.

Las fuerzas dipolo-dipolo permanentes son un tipo de fuerza intermolecular que se da entre dos moléculas con dipolos permanentes.

Dipolo instantáneo

Por lo tanto, cuando tenemos una molécula polar que tiene un dipolo, es capaz de formar un dipolo instantáneo en un átomo apolar que no tiene dipolo, ya que la carga positiva atrae a los electrones. Por lo que hay interacción muy débil entre una molécula polar y otra apolar.

Enlace de hidrógeno

Para ilustrar el segundo tipo de fuerza intermolecular, veamos algunos haluros de hidrógeno. El bromuro de hidrógeno, HBr , hierve a -67 °C. Sin embargo, el fluoruro de hidrógeno, HF, no hierve hasta que la temperatura alcanza los 20 °C. Para hervir una sustancia covalente simple hay que superar las fuerzas intermoleculares entre las moléculas. Sabemos que las fuerzas de Van der Waals aumentan su fuerza a medida que aumenta el tamaño de la molécula. Como el flúor es un átomo más pequeño que el cloro, cabría esperar que el HF tuviera un punto de ebullición más bajo. Es evidente que esto no es así. ¿Cuál es la causa de esta anomalía?

Si observamos la siguiente tabla, podemos ver que el flúor tiene un valor de electronegatividad alto en la escala de Pauling.

Elemento Electronegatividad
H2,20
Br2,96
F3,98

Tabla 1. Electronegatividad del H, Br y F. Fuente: StudySmarter Original

Es mucho más electronegativo que el hidrógeno, por lo que el enlace H-F es muy polar. El hidrógeno es un átomo muy pequeño, por lo que su carga positiva parcial se concentra en un área pequeña. Cuando este hidrógeno se acerca a un átomo de flúor en una molécula adyacente, se ve fuertemente atraído por uno de los pares de electrones solitarios del flúor. A esta fuerza la llamamos enlace de hidrógeno.

Un enlace de hidrógeno es la atracción electrostática entre un átomo de hidrógeno unido covalentemente a un átomo extremadamente electronegativo y otro átomo electronegativo con un par solitario de electrones.

No todos los elementos pueden formar enlaces de hidrógeno. De hecho, sólo tres pueden hacerlo: el flúor, el oxígeno y el nitrógeno. Para formar un enlace de hidrógeno, se necesita un átomo de hidrógeno unido a un átomo muy electronegativo que tenga un par solitario de electrones, y sólo estos tres elementos son lo suficientemente electronegativos.

Aunque el cloro también es teóricamente lo suficientemente electronegativo como para formar enlaces de hidrógeno, es un átomo más grande. Veamos el ácido clorhídrico, HCl. La carga negativa de su par solitario de electrones está repartida en un área mayor y no es lo suficientemente fuerte como para atraer al átomo de hidrógeno parcialmente positivo. Por tanto, el cloro no puede formar enlaces de hidrógeno.

Las moléculas comunes que sí forman enlaces de hidrógeno son el agua (H2O), el amoníaco (NH3) y el fluoruro de hidrógeno (HF). Representamos estos enlaces mediante una línea discontinua, como se muestra a continuación.

Los enlaces de hidrógeno son mucho más fuertes que las fuerzas dipolo-dipolo permanentes y las fuerzas de dispersión. Requieren más energía para ser superados. Volviendo a nuestro ejemplo, ahora sabemos que por eso el HF tiene un punto de ebullición mucho más alto que el HBr. Sin embargo, los enlaces de hidrógeno sólo son una décima parte de fuertes que los enlaces covalentes. Por eso el carbono se sublima a temperaturas tan altas: se necesita mucha más energía para romper los fuertes enlaces covalentes entre los átomos.

Ion-dipolo

La última fuerza intermolecular que nos queda por ver es la fuerza ion-dipolo. El dipolo, como ya hemos mencionado antes, es la separación de carga. Los iones, que son partículas cargadas positivamente, un catión, o negativamente, un anión, se atrae a la carga opuesto correspondiente en la molécula polar, o formar un dipolo instantáneo.

Ejemplos de fuerzas intermoleculares

Veamos algunas moléculas comunes y predigamos las fuerzas intermoleculares que experimentan.

El monóxido de carbono, CO, es una molécula polar, por lo que tiene fuerzas de Van der Waals dipolo-dipolo permanentes y fuerzas de London entre las moléculas. En cambio, el dióxido de carbono, CO2, sólo experimenta fuerzas de London. Aunque contiene enlaces polares, es una molécula simétrica, por lo que los momentos dipolares se anulan entre sí.

El metano, CH4, y el amoníaco, NH3, son moléculas de tamaño similar. Por tanto, experimentan fuerzas de Van der Waals de fuerza similar, que también conocemos como fuerzas de dispersión. Sin embargo, el punto de ebullición del amoníaco es mucho mayor que el del metano. Esto se debe a que las moléculas de amoníaco pueden establecer enlaces de hidrógeno entre sí, pero las de metano no. De hecho, el metano ni siquiera tiene fuerzas dipolares permanentes, ya que todos sus enlaces son apolares. Los enlaces de hidrógeno son mucho más fuertes que las fuerzas de Van der Waals, por lo que requieren mucha más energía para superarlos y hacer hervir la sustancia.

Fuerzas intermoleculares - Puntos Claves

  • Las fuerzas intramoleculares son fuerzas dentro de las moléculas, mientras que las fuerzas intermoleculares son fuerzas entre moléculas. Las fuerzas intramoleculares son mucho más fuertes que las intermoleculares.
  • La polaridad determina el tipo de fuerzas intermoleculares entre las moléculas.
  • Las fuerzas de Van der Waals pueden ser fuerzas de London, fuerzas dipolo-dipolo o dipolo instantáneo. Estos dipolos temporales se deben al movimiento aleatorio de los electrones y crean dipolos inducidos en las moléculas vecinas.
  • Los enlaces de hidrógeno son el tipo de fuerza intermolecular más fuerte. Se encuentran entre moléculas que contienen un átomo de flúor, oxígeno o nitrógeno, unido a un átomo de hidrógeno.

Preguntas frecuentes sobre Fuerzas intermoleculares

La más fuerte es el enlace de hidrógeno. Un enlace de hidrógeno es la atracción electrostática entre un átomo de hidrógeno unido covalentemente a un átomo extremadamente electronegativo y otro átomo electronegativo con un par solitario de electrones.

Las fuerzas intermoleculares son fuerzas entre moléculas. En cambio, las fuerzas intramoleculares son fuerzas dentro de una molécula.

Las fuerzas de London son el tipo de fuerza intermolecular más débil. También se conocen como fuerzas de dispersión. Se encuentran en todas las moléculas, incluidas las apolares. Las fuerzas de London son un tipo de fuerza intermolecular que se encuentra entre todas las moléculas, debido a los dipolos temporales que se producen por el movimiento aleatorio de los electrones.

Un dipolo es un par de cargas iguales y opuestas separadas por una pequeña distancia. 

Podemos representar esta polaridad utilizando el símbolo delta, δ, o dibujando una nube de densidad de electrones alrededor del enlace.

Las fuerzas dipolo-dipolo permanentes son un tipo de fuerza intermolecular que se da entre dos moléculas con dipolos permanentes. Por lo que los compuestos polares tienen estas fuerzas. 

Cuestionario final de Fuerzas intermoleculares

Pregunta

¿Qué es la diferencia entre las fuerzas intermoleculares e intramoleculares?

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Answer

Las fuerzas intermoleculares son fuerzas entre moléculas. En cambio, las fuerzas intramoleculares son fuerzas dentro de una molécula

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Pregunta

¿Cúal es una fuerza fuerza intermoleculares?

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Answer

Fuerza de London

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Pregunta

¿Qué fuerza es más fuerte?

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Answer

Fuerza intramolecular

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Pregunta

¿Cual son los tres tipos principales de fuerzas intermoleculares?

Mostrar respuesta

Answer

  • Fuerzas de Van der Waals.
  • Fuerzas dipolo-dipolo permanentes.
  • Enlace de hidrógeno.

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Pregunta

¿Cuál es la fuerza de Van de Waals intermolecular más débil?

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Answer

Fuerza de London

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Pregunta

¿Qué es un dipolo?

Mostrar respuesta

Answer

Un dipolo es un par de cargas iguales y opuestas separadas por una pequeña distancia.

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Pregunta

¿Qué es el enlace de hidrógeno?

Mostrar respuesta

Answer

Un enlace de hidrógeno es la atracción electrostática entre un átomo de hidrógeno unido covalentemente a un átomo extremadamente electronegativo y otro átomo electronegativo con un par solitario de electrones.

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Pregunta

¿Cuál es el enlace intermolecular más fuerte?

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Answer

Enlace de hidrógeno

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Pregunta

¿Qué fuerzas intermoleculares hay entre moléculas apolares?

Mostrar respuesta

Answer

Al no tener dipolo, hay fuerzas de London solamente

Show question

Pregunta

Las sustancias ______ tienden a disolverse en el agua.

Mostrar respuesta

Answer

polares.

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Pregunta

¿Cuál es el ángulo de enlace en una molécula de agua?

Mostrar respuesta

Answer

104.5°.

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Pregunta

El oxígenos es ______ electronegativo que el hidrógeno.

Mostrar respuesta

Answer

más.

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Pregunta

¿Cuáles son las fuerzas de atracción que operan dentro de una molécula de agua?

Mostrar respuesta

Answer

Enlaces covalentes.

Show question

Pregunta

¿Cuáles son las fuerzas de atracción que operan entre moléculas de agua?


Mostrar respuesta

Answer

Puentes de hidrógeno.

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Pregunta

¿Qué es la cohesión?

Mostrar respuesta

Answer

La cohesión es la capacidad de las partículas de una sustancia para adherirse entre sí.

Show question

Pregunta

¿Qué es la adhesión?

Mostrar respuesta

Answer

La adhesión es la capacidad de las partículas de una sustancia para adherirse a otras sustancias o superficies.

Show question

Pregunta

¿Por qué el agua es cohesiva?

Mostrar respuesta

Answer

El agua es cohesiva porque moléculas de agua se adhieren en grupos gracias al enlace de hidrógeno entre ellas.

Show question

Pregunta

¿Por qué el agua es adhesiva?

Mostrar respuesta

Answer

El agua es adhesiva porqe puede formar enlaces de hidrógeno con otra sustancia, como las paredes de un tubo de ensayo.

Show question

Pregunta

¿Por qué el agua tiene una alta tensión superficial?

Mostrar respuesta

Answer

La superficie del agua puede soportar fuerzas externas, debido a los fuertes enlaces de hidrógeno que se establecen entre moléculas de agua adyacentes.

Show question

Pregunta

¿Qué es la capacidad calorífica específica?

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Answer

Es la energía necesaria para elevar la temperatura de un gramo de una sustancia en un grado Celsius o un grado Kelvin.


Show question

Pregunta

El agua tiene una capacidad calorífica específica y una tensión superficial, respectivamente:

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Answer

alta & alta.

Show question

Pregunta

El agua tiene puntos de ebullición y fusión bajos.

Mostrar respuesta

Answer

Falso.

Show question

Pregunta

Con respecto a los estados del agua:

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Answer

Su densidad es mayor en estado líquido que en estado sólido.

Show question

Pregunta

¿De qué depende el tipo de fuerza intermolecular que experimenta una molécula?

Mostrar respuesta

Answer

De su polaridad

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Pregunta

¿Qué son las fuerzas de London?

Mostrar respuesta

Answer

Las fuerzas de London son un tipo de fuerza intermolecular que se encuentra entre todas las moléculas, debido a los dipolos temporales que se producen por el movimiento aleatorio de los electrones.

Show question

Pregunta

¿Qué son las fuerzas dipolo-dipolo permanentes?

Mostrar respuesta

Answer

Las fuerzas dipolo-dipolo permanentes son un tipo de fuerza intermolecular que se da entre dos moléculas con dipolos permanentes.

Show question

Pregunta

Nombra dos de los tres tipos de enlace

Mostrar respuesta

Answer

Covalente y metálico

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Pregunta

¿Qué es la electronegatividad?

Mostrar respuesta

Answer

La electronegatividad es la capacidad de un átomo para atraer un par de electrones de enlace.

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