CLASE 4 1 INTERACCIONES QUMICAS DBILES 16 de

CLASE 4 1

INTERACCIONES QUÍMICAS DÉBILES (16 de Agosto) Fuerzas de Van der Waals Puente de Hidrógeno Interacción dipolo-dipolo 2

FUERTES o INTRAMOLECULARES • • Mantienen juntos los átomos de 1 molécula (ENLACE QUÍMICO) Son + fuertes que las intermoleculares, por eso se necesita E para evaporar que para romper enlaces. DÉBILES o INTERMOLECULARES • • INTERACCIONES QUÍMICAS • • Fuerzas de atracción entre moléculas Responsables de las propiedades macroscópica de la materia (P. F y P. E) El P. E y P. F son 2 propiedades físicas relacionadas directamente con la fuerza de atracción entre los átomos y moléculas. Si son es xq´las fuerzas de atracción son grandes. Responsables del comportamiento NO ideal de los gases Tienen + influencia en las fases condensadas (L y S) Al T la E Cinética de sus moléculas y ya no se pueden liberar de la atracción de las moléculas vecinas. Las moléculas se agregan y forman gotas de L. Dipolo Instantáneo-Dipolo Inducido Dipolo-Dipolo Puentes de Higrógeno Ion-Dipolo 3

Momentos Dipolares • Cuando 2 átomos distintos se unen covalentemente, la distribución de la nube ees desigual, dando un leve exceso de carga(-) en el átomo + electronegativo y un ligero exceso de carga positiva en el átomo que atrae con menor fuerza a los e-. = representa 1 carga parcial de magnitud menor a la carga de 1 e-. Dipolo eléctrico: 2 cargas eléctricas de signo opuesto están separadas por una cierta distancia. Y su magnitud se mide por su momento dipolar, . = Qr Q= magnitud de las cargas (son de signo opuesto pero misma magnitud) r= es la distancia que las separa. Sus unidades son Coulomb-metro (Cm) y se expresa en Debyes (D)= 3. 34 x 10 -30 Cm. Cálculos en pizarrón (1). 4

Molécula Distancia de enlace (Å) Diferencia de electronegatividad Momento dipolar (D) HF 0. 92 1. 9 1. 82 HCl 1. 27 0. 9 1. 08 HBr 1. 41 0. 7 0. 82 HI 1. 61 0. 44 Las moléculas diatómicas heteronucleares presentan un momento dipolar mucho menor (4. 79 D) debido a la separación PARCIAL de las cargas. Interacción 100% iónica= separación completa de cargas. = cantidad vectorial Cálculos en pizarrón (2). Se representa como 1 vector dirigido hacia el átomo + electronegativo. Para moléculas con varios enlaces polares se considera 1 vector x cada enlace polar y el total es la suma vectorial de todos los momentos dipolares Ejemplos en pizarrón (3). 5

• Moléculas con + átomos es fundamental conocer la geometría para calcular el global • Mayor diferencia de electronegatividades implica MAYOR POLARIDAD SOLVENTES ORGÁNICOS C 2. 5 H 2. 1 O 3. 5 O-H > C-O> C-H 1. 4 1 0. 4 Enlaces C-O-H y C-O-C son angulares. Ejemplos en pizarrón (4).

Dipolo Instantáneo-Dipolo Inducido • El # de e- y p+ es distinto en los átomos de cada elemento • La manera como se distribuyen los e- en los orbitales trae como consecuencia distintos tamaños. • La configuración electrónica determina que los átomos de distintos elementos tienen distintos valores de energía de ionización. http: //www. youtube. com/watch? v=LCGwod-0 r. VA&feature=related http: //www. youtube. com/watch? v=YZ 8 izz. Eq 6 z. I&feature=related GASES NOBLES • Monoatómicos a Tamb, se atraen poco sus átomos • No ceden ni aceptan e- para formar enlaces con otros átomos. • Sus propiedades físicas difieren considerablemente. Elemento No. atómico P. F (K) P. E (K) He (L) 2 - 4. 18 Ne (S) 10 24. 4 27. 13 Ar (S) 18 83. 6 87. 29 Kr (S) 36 115. 8 120. 26 Xe (S) 54 161. 2 166. 06 Rn (S) 86 202 211 Las fuerzas de interacción del He son mas PEQUEÑAS. E para separar los átomos de He y pasar de S a L y de L a G.

P. F y P. E aumentan al aumentar el No. Atómico (mayor tamaño de los átomos) Los P. F. y P. E. son 2 propiedades físicas relacionadas directamente con la fuerza de atracción entre los átomos y moléculas. Si los P. F y P. E. son altos es porque las fuerzas de atracción son grandes • Los Gases nobles tienen completo su último subnivel, por lo que la nube electrónica alrededor del núcleo tiene una geometría esférica y la densidad de carga electrónica es uniforme. Porque hay mayores fuerzas de atracción en los más grandes? El MODELO CUÁNTICO del átomo dice que los e- de 1 átomo con subniveles llenos tendrán mayor probabilidad de estar dispersos uniformemente en una esfera, pero admite que exista cierta probabilidad que instantaneamente mayor cantidad de e- pueda colocarse en 1 hemisferio, dejando al otro momentáneamente con un déficit de carga (-) DIPOLO ELÉCTRICO INSTANTÁNEO: cuando hay en 1 instante 1 exceso y 1 déficit de Q en dos sitios distintos. 8

La probabilidad de que en 1 átomo esférico, la densidad de Q(-) pueda polarizarse momentáneamente será MAYOR cuanto mas GRANDE sea el No. de e- en el átomo y cuanto mayor sea el volumen en el que éstos de mueven. LOS ÁTOMOS + GRANDES Y CON + e- SON LOS + POLARIZABLES DIPOLO INDUCIDO se genera cuando hay 1 dipolo instantáneo y se acerca a otro átomo. Es más probable que se origine un dipolo inducido en los átomos con No. de e- moviéndose en 1 volumen. 1 interacción tipo DIPOLO INSTANTÁNEO-DIPOLO INDUCIDO se observa entre las moléculas o los átomos que NO presentan ni Q ni permanente. También se conocen como fuerzas de LONDON o de VAN DER WAALS Aplica para MOLECULAS NO POLARES. P. E= 238 K P. E= 155 K G L F F …………………F F 9

Dipolo-Dipolo Inducido • Dipolo permanente: se presenta cuando las moléculas contienen átomos con distinto valosrde electronegatividad. • 1 molécula con dipolo permanente puede inducir un dipolo en otra molécula y se le conoce como DIPOLO-DIPOLO INDUCIDO + - + + I - EJEMPLOS • La acetona tiene un dipolo permanente y puede disolver al I 2 porque se genera un dipolo inducido en esta molécula NO POLAR • Esta interacción es la responsable de que algunos líquidos POLARES sean MISCIBLES en líquidos NO POLARES 10

Dipolo-Dipolo “ 1 molécula con permanente tendrá 1 fuerte interacción con otras moléculas que tengan permanente , ya sean iguales a ella o distintas” compuesto fórmula PM P. E (°C) Etano No polar 30 -88°C Isobutano No polar 58 -11°C Acetona Polar 58 56°C Metanol Polar 32 65°C n-pentano No polar 72 98°C Tolueno No polar 92 110°C Ácido propiónico 74 141°C Fenol polar 94 180°C 11

Puentes de Hidrógeno 10 La interacción entre el átomo de hidrógeno de 1 molécula y 1 átomo con un valor alto de electronegatividad (O, F, N) de otra molécula, se conoce como PUENTE DE HIDRÓGENO. Es + fuerte que 1 interacción dipolo-dipolo y se manifiesta en los P. E. de los L cuyas moléculas forman puentes de hidrógeno entre sí. No forma Puentes de Hidrógeno xq´ los hidrógenos forman enlaces poco polares con los de C Son isómeros ≠ 0 Etanol Éter Metílico 12

sustancia P. E. (°C) Momento dipolar (D) H 2 O 100 1. 87 NH 3 -33 1. 46 HF 19. 9 1. 92 HCl -85 1. 08 H 2 S -60 1. 10 • HF tiene 1 sólo átomo de H para establecer puentes. • NH 3, aunque tiene 3, sólo tiene 1 par de e- no compartidos sobre el N. • H 2 O, tiene 2 átomos de H unidos al átomo de O, que a su vez tiene 2 pares de e- no compartidos, permitiendo que cada molécula pueda participar simultáneamente con 4 enlaces de puente de hidrógeno. • H 2 S, el # de átomos de H y el # de e- no compartidos en el átomo electronegativo es el mismo que en el agua, pero se comporta diferente al agua, debido a la diferencia en los valores de electeronegatividad O(3. 5), S (2. 5) y H(2. 1) 13

15 ION-DIPOLO Na. Cl: sus moléculas se encuentran fuertemente atraídas presentando una interacción ion-ion. La interacción ION-ION puede vencerse en muchos casos al poner la sustancia iónica en H 2 O Las interacciones ION-DIPOLO se presentan entre moléculas con permanente y los IONES, y puede llegar a ser comparable con la de 1 enlace covalente 14

ENTALPÍA de HIDRATACIÓN Hhidr Al calor desprendido al pasar a un ion desde un estado inicial en fase gaseosa a un estado final rodeado de moléculas de agua, se le conoce como entalpía de hidratación Hhidr La interacción es entre un ion y un # variable de moléculas de agua, que depende de la naturaleza del ion. Hhidr (k. J/mol) -405 -1922 -4660 -321 -1592 -4376 -296 -1445 -4109 -263 -1304 -3283 15

Hay 2 variables que influyen en la magnitud de la interacción entre el catión y las moléculas de agua: 1. CARGA: la entalpía de hidratación de los iones trivalentes son mucho mayores que los divalentes y monovalentes. 2. TAMAÑO: dentro de 1 grupo de iones con la misma Q, la interacción + fuerte la experimentan los de menor tamaño, debido a que los + pequeños su Q+ se encuentra concentrada en un menor volumen, lo que es equivalente a decir que tienen una mayor densidad de carga. Confined reaction Polar group Mono and multi-layers deposition Langmuir-Blodgett Hydrocarbon chain Micell Inverse micell Micell synthesis Ejercicios (5) 16

TAREA para el jueves 23 de agosto 1. ¿Qué elementos de la tabla periódica son gases a temperatura ambiente? ¿como puedes explicarlo? 3. Relaciona las siguientes columnas, asociando los hechos de la izquierda con el tipo de interacción que los gobierna. Hechos Interacción sal en agua Formación de la mezcla agua-etanol El Br 2 es líquido La molécula de bromo es diatómica La temperatura de fusión de Na. Cl es muy alta El azúcar forma cristales Tipos de Interacción Dipolo instantáneo-dipolo inducido Ion-ion Ion-dipolo Dipolo-dipolo inducido Dipolo-dipolo Covalente I 2 +I- forman I 3 - Ion-dipolo inducido El I 2 se disuelve Dipolo-dipolo 17

4. Explica si cada una de las siguientes moléculas tienen momento dipolar. Haz un dibujo de cada una y señala dónde se encuentra el vector momento dipolar. a)Benceno b)CCl 4 c)ácido benzoico d)CO 2 e)cloro benceno f)Etanol g)acetona h)eteno i)dicloroeteno. 5. En las siguientes parejas de sustancias elige a la que creas que tenga mayor punto de fusión y explica tu respuesta. a) CF 4 vs. CCl 4 b) Etanol vs. Butanol c)benceno vs. Acido benzoico d)HF vs. HCl 18