fuerzas intermoleculares

fuerzas intermoleculares
Interacciones electrostáticas
Con participación de iones:
Ion – Ion
+ + − − + −
Ion – dipolo
Entre moléculas neutras (van der Waals):
Dipolo – Dipolo
Dipolo - Dipolo inducido
Dipolo inducido – Dipolo inducido (London)
+ + − −
Alcance
Puente hidrógeno (átomos o grupos muy electronegativos) X – H …Y
La fuerza de interacción entre iones es proporcional al producto de las cargas
La fuerza entre un ión y un dipolo es proporcional al producto de la carga por el momento dipolar
La fuerza de interacción con un dipolo inducido depende de la polarizabilidad,
que es función del volumen de la molécula y del número de electrones

fuerzas intermoleculares, ejemplos
metanol
cloroformo
ion-dipolo unión H dipolo - dipolo
hexano
acetona
octano
ion - dipolo inducido dipolo - dipolo inducido dispersión (London)

fuerzas intermoleculares, alcance
Energía
potencial
repulsión
interelectrónica
+ +
−
−
repulsión
1/r n 1/r
0
0 r
−1/r 3 −1/r 2 −1/r
+ −
atracción
+
−
+
−
Energía
potencial
alcance
0
0 σ
r
−ε

energía cinética y potencial
Energía cinética (térmica)
• Movimiento de átomos o
moléculas (traslacional, rotacional,
vibracional) y sus electrones
Energía potencial
• Nuclear: acumulada en el núcleo atómico; une a los protones
y neutrones; puede liberarse mediante fisión o fusión nuclear
• Química: acumulada en las uniones covalentes; une a los
átomos en la molécula
• Intermolecular: acumulada en las interacciones entre
moléculas y iones
Energía
potencial
repulsión
-ε
0
σ
energía total
energía cinética
atración
distancia
intermolecular
temperatura
Gas
Líquido
Sólido
volumen
Aumentar la temperatura equivale a aumentar la energía cinética de las moléculas
Aumentar el volumen equivale a aumentar la distancia entre las moléculas

estados de la materia
Enfriar o
comprimir
Calentar o
reducir presión
Enfriar
Calentar
Gas
Desorden total; grandes distancias
entre moléculas; mucho espacio
vacío; completa libertad de
movimiento
Líquido
Desorden parcial; moléculas
muy juntas; poco espacio vacío;
moléculas o agregados libres de
moverse
Sólido cristalino
Ordenamiento de partículas
(moléculas o iones) ubicadas en
posiciones fijas; partículas muy
juntas; sólo vibraciones
NO ¿Hay NO SI
¿Hay
NO
moléculas
¿Hay iones
moléculas
polares
polares
SI
¿H unido a
N, O, F
NO
SI
SI
Fuerzas
de London
Fuerzas
dipolo-dipolo
Puente
hidrógeno
Fuerzas
ion-dipolo
Fuerzas
coulómbicas
Ar (g,l,s)
I 2 (g,l,s)
H 2 S (g,l,s)
CH 3 Cl (g,l,s)
H 2 0 (l,s)
NH 3 (l,s)
HF (l,s)
KBr en H 2 O
NaCl en CH 3 OH
NaCl (s)
NH 4 NO 3 (s)
NaCl (l)

temperaturas de ebullición
150
< polaridad y > tamaño pero > polarizabilidad
> atracción en fase líquida → > T eb
T eb / ºC
100
50
0
-50
-100
-150
puente hidrógeno
H2O
HF
NH3
CH4
H2S
HCl
PH3
SiH4
H2Se
AsH3
HBr
GeH4
H2Te
SbH3
HI
SnH4
16
15
17
14 no polar
Grupo
-200
Período
2 3 4 5
http://www.vias.org/genchem/kinetic_12450_08.html

gases ideales y de van der Waals
Gas ideal y teoría cinética
fracción de
moléculas con
energía cinética E
0
0
T
E
3
E = kT
2
1 2
E = mu
2
2 3kT 3RT
u = =
m M
1
PV = nRT = nMu
3
2
=
1
Nmu
3
2
Gas de van der Waals
> V, atracción < V, repulsión
Gas a (L 2 -atm/mol 2 ) b (L/mol)
He
0.03412 0.0237
Ne
0.2107 0.01709
H 2 0.2444 0.02661
Ar
1.345 0.03219
O 2 1.36 0.03803
N 2 1.39 0.03913
CO
1.485 0.03985
CH 4 2.253 0.04278
CO 2 3.592 0.04267
NH 3 4.17 0.03707

sólidos y modelo de Born-Landé
E
0
−U 0
0 R 0
E rep
E coul
R
R
E coul = − 2(z + z - e 2 /4πε 0 R) + 2(z + z + e 2 /4πε 0 2R) −
− 2(z + z - e 2 /4πε 0 3R) + 2(z + z + e 2 /4πε 0 4R) − ...
E coul = − ANz + z - e 2 /4πε 0 R
E rep
= B/R n
E = E coul + E rep
0 = dE/dR para R = R 0
E 0 = − ANz + z - e 2 /4πε 0 R 0 (1 – 1 / n)
es el valor de E para R = R 0