Fuerzas intermoleculares

Fuerzas intermoleculares y variaciones en los puntos de fusión y ebullición

DIPOLOS.
Dipolos instantáneos.
Dipolos inducidos.

¿Por qué algunas sustancias moleculares tienen puntos de ebullición más altos que otras?

Es fácil suponer que porque en el de mayor punto de ebullición las moléculas están más atraídas unas con otras, por lo que se requiere mayor cantidad de energía pararomper esas atracciones.

La pregunta siguiente es:
¿Por qué en algunas sustancias moleculares las moléculas se encuentran más atraídas entre sí que en otras?

Sabemos que en la materia hay partículas cargadas (protones y electrones) y también sabemos que las cargas opuestas se atraen. Esta naturaleza eléctrica es la causa fundamental de todos los tipos de enlace químico. Sin embargo en unamolécula, el número de partículas con carga negativa es igual a el número de partículas con carga positiva, por lo que las moléculas son eléctricamente neutras.

Analizaremos un conjunto de moléculas muy sencillas, similares entre sí, los halógenos. A temperatura ambiente el flúor y el cloro son gases, mientras que el bromo es líquido y el yodo es sólido. En la tabla 7 se muestran sus pesosmoleculares y sus temperaturas de ebullición. Estas temperaturas son una medida de la cantidad de energía que hay que darle a un líquido, para separar sus moléculas y formar un gas.



Halógeno Peso molecular # de electrones p. de ebullición (°C)
F2 38 18 -188.1
Cl2 71 34 -34.0
Br2 160 70 59.5
I2 254 106 185

De la información de la tabla 7, podemos concluir que es más difícil separar alas moléculas de yodo que a las de bromo. También podemos decir que la cantidad de energía necesaria para separar a las moléculas de los halógenos, aumenta con el tamaño del halógeno.

¿Cómo se explica que las moléculas de mayor tamaño se encuentren más atraídas entre sí que las más pequeñas?

Recordemos que estas moléculas están formadas por dos núcleos que contienen protones, alrededor delos cuales hay electrones formando nubes de carga negativa, como se muestra en la figura 9.




Aunque los electrones tienden a distribuirse uniformemente a través de toda la nube, debido a su continuo movimiento, existe la probabilidad de que en un instante cualquiera, los electrones se concentren en un extremo de la molécula, creando momentáneamente una distribución desigual de cargas,como se muestra en la figura 10.



A esta situación, en la que hay cargas de la misma magnitud q pero de signo opuesto separadas por una distancia r , se le llama momento dipolar , o momento dipolo. m = qr

En este caso particular, como el de la molécula de yodo, se le llama “dipolo instantáneo”, pues la separación de cargas no es permanente. Sin embargo la probabilidad de que las cargasse distribuyan momentáneamente de manera no homogénea, aumenta con el número de electrones en la nube, así como del volumen total en el que éstos se mueven. Como se generan “polos” de carga, se dice que la molécula se polariza.

La polarizabilidad en las moléculas de los halógenos aumenta con el tamaño, es decir

Menos polarizable F2 < Cl2 < Br2 < I2 Más polarizableAhora imaginemos lo que provoca el acercamiento de una molécula de yodo “polarizada”, a una molécula de yodo no polarizada. Figura 11




Se dice que un dipolo instantáneo en una molécula, puede inducir un momento dipolo en una molécula vecina, y el efecto puede propagarse a todo el material.

A este tipo de interacciones entre moléculas se le llama “dipolo instantáneo- dipoloinducido”

Aunque es una interacción débil, es la responsable de el aumento en el punto de ebullición de los halógenos, pues es más importante a medida que aumenta el tamaño de la molécula.

Este efecto también explica el aumento en el punto de ebullición ( y aun de fusión) de algunos hidrocarburos, como se ve en tabla 8.

Tabla 8.- hidrocarburos lineales, sus masas molares y temperaturas de...