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Apuntes de clase de química. Las fuerzas de london
Tipo: Apuntes
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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. Cuando los electrones de una molécula adquieren momentáneamente una distribución no uniforme, provocan que en una molécula vecina se forme momentáneamente un dipolo inducido. En la figura 4 se ilustra como una molécula con una falta de uniformidad momentánea en la distribución de su carga eléctrica puede inducir un dipolo en una molécula vecina por un proceso llamado polarización. 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, C2H 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 entre aproximadamente 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 puede desempeñar 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 ºC. La forma lineal de 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.
Tabla 2. Efecto del número de electrones sobre el punto de ebullición de sustancias no polares
Gases nobles Halógenos Hidrocarburos
NºElec P.A P.E.ºC NºElec P.M P.E.ºC NºElec P.M P.E.ºC He 2 4 -269 F2 18 38 -188 CH4 10 16 - Ne 10 20 -246 Cl2 34 71 -34 C2H6 18 30 - Ar 18 40 -186 Br2 70 160 59 C3H8 26 44 - Kr 36 84 -152 I2 106 254 184 C4H 0
*Butano
Estas interacciones ocurren cuando las moléculas están muy próximas. Todas las fuerzas de van der Waals son cohesivas y varían con respecto a la distancia como 1/r 6. Las fuerzas de van der Waals son consideradas como la explicación molecular para las energías cohesivas de los líquidos y son semejantes en magnitud a las entalpías de vaporización de muchos líquidos, su valor aproximado es de -41.84 kJ mol -1. Estas interacciones son dominantes en reacciones en donde la proximidad es importante y se clasifican en: Interacciones dipolo-dipolo: ocurren cuando moléculas con dipolos permanentes interactúan, los dipolos deben orientarse y son muy sensibles a la orientación, distancia y temperatura. Los dipolos permanentes pueden inducir μ en una molécula neutra semejante a lo que sucede en las interacciones ion-dipolo. Las interacciones dipolo-dipolo inducido, dependen de la polarizabilidad de la molécula neutra. Dipolo instantáneo, μ es una medida dependiente del tiempo, por ello es capaz de inducir una interacción dipolo inducido- dipolo inducido. A estas fuerzas se les denominan fuerzas de London o de dispersión, estas fuerzas son importantes en moléculas con una elevada proximidad y decaen rápidamente con la distancia. La energía atractiva de interacción representada por las fuerzas de van der Waals a menudo se define como:
Energía potencial = En donde A es una constante para cada molécula. Una gráfica para la energía atractiva muestra que la fuerza de atracción se incrementa rápidamente mientras las moléculas se acercan hasta que entran en contacto y la energía de interacción tiende a infinito.
A medida que una molécula trata de ocupar el mismo espacio que la otra, entra en juego otro factor, la repulsión electrónica a esto se le conoce como potencial de Lennard-Jones y tiene un comportamiento muy similar al graficado anteriormente
Los puentes de hidrógeno son enlaces débiles que atraen moléculas de agua una con otra o con otros grupos.
Un efecto de la polaridad es la formación de puentes de hidrógeno, enlaces débiles entre átomos polarizados positiva y negativamente en diferentes moléculas. El agua es muy polar, y las moléculas de agua forman puentes de hidrógeno con muchas moléculas biológicas, dándoles, dando como resultado la solubilidad.