Fuerza de las Fuerzas Intermoleculares

Fuerza de las fuerzas intermoleculares en sólidos, líquidos y gases

Las fuerzasintermoleculares son fuerzas de atracción que mantienen unidas a las moléculas vecinas. Las fuerzas intermoleculares afectan a las propiedades físicas de las moléculas.

Hay cuatro tipos de fuerzas intermoleculares con las que debes estar familiarizado, ¡ya que lo más probable es que las veas en tu examen AP!

1. Fuerzas ion-dipolo : fuerzas de atracción que se producen entre un ion y una molécula polar (dipolo).
2. Enlace de hid rógeno: fuerzas de atracción entre un átomo de hidrógeno unido covalentemente a un átomo muy electronegativo (F, N u O) y el F, N u O de otra molécula.
3. Fuerzasdipolo-dipolo: fuerzas de atracción que se producen entre el extremo positivo de una molécula polar y el extremo negativo de otra molécula polar. En las fuerzas dipolo-dipolo, cuanto mayor es el momento dipolar, mayor es la fuerza.
4. Fuerzas de dispersión de London: fuerzas débiles y atractivas que están presentes en todas las moléculas. También es la única fuerza intermolecular presente en las moléculas no polares. La LDF depende del tamaño y de la superficie. Las moléculas más pesadas (mayor peso molecular) y también las moléculas con mayor superficie tienen fuerzas de dispersión de Londres más elevadas.

A continuación se muestra la fuerza relativa de estas fuerzas intermoleculares.

Fig. 1: Fuerza relativa de las fuerzas intermoleculares, Isadora Santos - StudySmarter Originals.

El estado de la materia de una sustancia depende tanto de la fuerza de las fuerzas intermoleculares como de la cantidad de energía cinética que tenga la sustancia. En general, las fuerzas intermoleculares disminuyen cuando pasas de sólidos a líquidos y a gases. Así, los sólidos tienen fuerzas intermoleculares fuertes que mantienen las partículas unidas en su lugar. Los líquidos tienen fuerzas intermedias que son capaces de mantener las partículas cerca al tiempo que les permiten moverse. Los gases tienen la menor cantidad de fuerzas intermoleculares presentes y se dice que estas fuerzas son despreciables.

Efectos de las fuerzas intermoleculares en las propiedades físicas

Mayores fuerzas intermoleculares dan lugar a

• Mayor viscosidad
• Mayor tensión superficial
• Mayor solubilidad
• Mayor punto de fusión
• Mayor punto de ebullición
• Menor presión de vapor

En primer lugar, hablemos de la viscosidad. La viscosidad es una propiedad que se observa en los líquidos, y mide la resistencia de un líquido a fluir. Los líquidos considerados polares o capaces de formar enlaces de hidrógeno tienen mayor viscosidad.Cuanto más fuerte sea la fuerza intermolecular,mayor será la viscosidad de un líquido. Así pues, se dice que los líquidos que poseen fuerzas intermoleculares fuertes son muy viscosos.

Por ejemplo, piensa en la estructura del agua y del glicerol. El glicerol tiene tres ^grupos OH- que pueden formar enlaces de hidrógeno, en comparación con el agua, que sólo tiene un grupo ^OH- que puede formar enlaces de hidrógeno. Por tanto, podemos decir que el glicerol tiene una viscosidad mayor, y también una fuerza intermolecular más fuerte.

Fig. 3: Las estructuras del glicerol y del agua, Isadora Santos - StudySmarter Originals.

A continuación, tenemos la tensión superficial. Esta propiedad puede comprenderse fácilmente si pensamos en las moléculas de agua. El enlace de hidrógeno está presente entre las moléculas de agua vecinas, y esta fuerza ejerce una fuerza descendente en la superficie del líquido, provocando la tensión superficial. Cuanto más fuerte es la fuerza intermolecular, mayor es la tensión superficial de los líquidos.

¡Resolvamos un ejemplo!

Otra propiedad que se ve afectada por la fuerza de las fuerzas intermoleculares es la solubilidad . La solubilidad de los sólidos se ve muy afectada por la temperatura. Así, si aumenta la temperatura, también aumenta la solubilidad de los sólidos. La solubilidad de los gases en el agua es lo contrario. Disminuye con el aumento de la temperatura.

Cuando se trata de relacionar la solubilidad con las fuerzas intermoleculares, podemos decir que ¡A medida que aumenta la fuerza intermolecular entre el disolvente y el soluto, también aumenta la solubilidad!

¡Veamos un ejemplo!

Efecto de las fuerzas intermoleculares en el punto de fusión

Los puntos de fusión de las sustancias dependen de la fuerza de las fuerzas intermoleculares presentes entre las moléculas. La relación general entre las FMI y el punto de fusión es que cuanto más fuerte es la fuerza intermolecular, mayor es el punto de fusión .

Por ejemplo, un compuesto no polar como el Br2_{, que} sólo tiene fuerzas de dispersión de Londres, tiende a tener un punto de fusión bajo porque sólo se necesita una cantidad muy pequeña de energía para romper sus moléculas. En cambio, se necesita una gran cantidad de energía para fundir un compuesto que contenga fuerzas ionodipolo, porque estas fuerzas son muy fuertes.

La fuerza de las fuerzas de dispersión de Londres también se ve afectada por el peso de una sustancia. Esto puede verse cuando comparamos el _Br2 y el_F2. El Br2 tiene una masa molar mayor que el _F2, por lo que el_Br2 tendrá un punto de fusión más alto y también una fuerza de dispersión de London más fuerte que la del F2_.

Fuerza de las fuerzas intermoleculares y punto de ebullición

Cuando las moléculas pasan de la fase líquida a la gaseosa, la temperatura a la que esto ocurre se conoce como punto de ebullición. La regla general que relaciona las FMI y el punto de ebullición es que cuanto más fuerte sea la fuerza intermolecular presente, mayor será la cantidad de energía necesaria para romperlas, por lo que mayor será el punto de ebullición.

¡Veamos un ejemplo!

Hasta ahora, hemos aprendido que el aumento del punto de fusión, la tensión superficial, la viscosidad, el punto de ebullición y la solubilidad conducen a un aumento de la fuerza de atracción intermolecular. Pero, ¿sabías que unas fuerzas intermoleculares mayores dan lugar a presiones de vapor menores?

La presión de vapor se produce cuando las moléculas del líquido tienen suficiente energía cinética para escapar de las fuerzas intermoleculares y convertirse en gas dentro de un recipiente cerrado. La presión de vapor es inversamente proporcional a la fuerza de las fuerzas intermoleculares. Por tanto, ¡las moléculas con fuerzas intermoleculares fuertes tienen presiones de vapor bajas!

¡Veamos un ejemplo!

Fuerza de las fuerzas intermoleculares en la acetona

Una pregunta habitual que puedes encontrarte en tu examen o mientras estudias Química AP es analizar la fuerza de las fuerzas intermoleculares en la acetona, _C3H6O. Probablemente hayas visto la acetona antes, ya que la acetona (también conocida como propanona o dimetilcetona) es un compuesto orgánico muy utilizado para quitar el esmalte de uñas y la pintura.

Fig. 7: Estructura de la acetona, Isadora Santos - StudySmarter Originals

La acetona es una molécula polar, por lo que contiene momentos dipolares que no se anulan debido a la simetría. En las moléculas polares, las fuerzas intermoleculares presentes son las fuerzas dip olo-dipolo y las fuerzas de dispersión de London (¡recuerda que las fuerzas de dispersión de London están presentes en todas las moléculas!) Por tanto, el tipo más fuerte de interacción intermolecular presente en la acetona son las fuerzas dipolo-dipolo.

Determinar la fuerza de las fuerzas intermoleculares

En los exámenes de química AP, es posible que te encuentres con distintos problemas en los que se te pida que determines el tipo más alto de fuerza intermolecular presente en una molécula.

Para poder averiguar las fuerzas intermoleculares presentes en una molécula, podemos utilizar las siguientes reglas:

• Las fuerzas ion-dipolo sólo estarán presentes si hay un ion y una molécula dipolar.
• El enlace de hidrógeno sólo estará presente si: no hay iones presentes, las moléculas implicadas son polares y los átomos de hidrógeno están enlazados a nitrógeno (N), oxígeno (O) o flúor (F).
• Las fuerzas dipolo-dipolo sólo están presentes si no hay iones y las moléculas implicadas son polares. Además, si hay átomos de hidrógeno, no estarán unidos a N, O o F.
• Las fuerzas dedispersión de London están presentes en todas las moléculas. Pero la LDF es la única fuerza intermolecular presente en las moléculas no polares y no polarizables.

Ahora espero que te sientas más seguro sobre los factores que aumentan y disminuyen la fuerza de las fuerzas intermoleculares. Y si sigues teniendo problemas con los conceptos básicos de las fuerzas intermoleculares, deberías echar un vistazo a"Fuerzas intermoleculares" y"Dipolos".

_Referencias:

_{Hill, J. C., Brown, T. L., LeMay, H. E., Bursten, B. E., Murphy, C. J., Woodward, P. M., & Stoltzfus, M. (2015). Química: La Ciencia Central, 13ª edición. Boston: Pearson.}

_{Timberlake, K. C., & Orgill, M. (2020). Química General, Orgánica y Biológica: Estructuras de la Vida. Upper Saddle River: Pearson.}

_{Malone, L. J., Dolter, T. O., & Gentemann, S. (2013). Conceptos básicos de Química (8.ª ed.). Hoboken, NJ: John Wiley & Sons.}

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