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• Junior Morillo

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Fuerzas de van der waals En fisicoquímica, las fuerzas de Van der Waals o interacciones de Van der Waals, son las fuerzas atractivas o repulsivas entre moléculas (o entre partes de una misma molécula) distintas a aquellas debidas a un enlace intramolecular (Enlace iónico, Enlace metálico y enlace covalente de tipo reticular) o a la interacción electrostática de iones con otros o con moléculas neutras.1 El término incluye: Fuerza entre dos dipolos permanentes. Si las interacciones son entre moléculas que están polarizadas de manera permanente (por ejemplo, las moléculas de agua que atraen otras moléculas de agua u otras moléculas polares), se conocen como fuerzas de Keesom. Fuerza entre un dipolo permanente y un dipolo inducido. Cuando un dipolo inducido (esto es, un dipolo que se induce en un átomo o una molécula que de otra manera sería no polar) interactúa con una molécula que tiene un momento dipolar permanente, esta interacción se conoce como fuerza de Debye. Un ejemplo de esta interacción serían las fuerzas entre las moléculas de agua y las de tetracloruro de carbono. Fuerza entre dos dipolos inducidos instantáneamente. Si las interacciones son entre dos dipolos que están inducidos en los átomos o moléculas, se conocen como fuerzas de London (por ejemplo, el tetracloruro de carbono). También se usa en ocasiones como un sinónimo para la totalidad de las fuerzas intermoleculares. Estas fuerzas fueron nombradas en honor al físico neerlandés Johannes Diderik van der Waals (1837—1923), premio Nobel de Física en 1910, que en 1873 fue el primero en introducir sus efectos en las ecuaciones de estado de un gas (véase ecuación de Van der Waals).

Puentes de hidrogeno El enlace o “puente” de hidrógeno es un tipo de enlace muy particular, que aunque en algunos aspectos resulta similar a las interacciones de tipo dipolo-dipolo, tiene características especiales. Es un tipo específico de interacción polar que se establece entre dos átomos significativamente electronegativos, generalmente O o N, y un átomo de H, unido covalentemente a uno de los dos átomos electronegativos. En un enlace de hidrógeno tenemos que distinguir entre el átomo DADOR del hidrógeno (aquel al que está unido covalentemente el hidrógeno) y el ACEPTOR, que es al átomo de O o N al cual se va a enlazar el hidrógeno. DADOR Un enlace O-H está muy polarizado por la elevada electronegatividad del oxígeno y por el hecho de que el único protón del núcleo del hidrógeno atrae débilmente a los electrones del enlace. Así, se estima que la carga positiva sobre el hidrógeno es de 0,4 unidades. En el caso de que el átomo electronegativo sea nitrógeno la situación es similar, aunque dada la menor electronegatividad del nitrógeno la polarización del enlace va a ser algo menor menor. Los grupos O-H y el N-H van a actuar como donadores de hidrógeno en el enlace de hidrógeno. A pesar de la similitud química el grupo S-H es un mal donador, debido a la baja electronegatividad del azufre. ACEPTOR

El aceptor del hidrógeno va a ser un átomo electronegativo (otra vez oxígeno o nitrógeno) pero con una peculiaridad: el hidrógeno se va a unir a un orbital ocupado por dos electrones solitarios. Estos orbitales tienen una densidad de carga negativa alta, y por consiguiente se pueden unir a la carga positiva del hidrógeno. En el caso del oxígeno, con un total de 8 electrones, se presentan DOS pares de electrones solitarios, tanto en el caso de la hibridación sp3 como de la sp2:

Puente

de

hidrogeno:

La a noción de puente de hidrógeno se emplea en el ámbito de la química. El concepto refiere a una clase de enlace que se produce a partir de la atracción existente en un átomo de hidrógeno y un átomo de oxígeno, flúor o nitrógeno con carga negativa. Dicha atracción, por su parte, se conoce como interacción dipolo-dipolo y vincula el polo positivo de una molécula con el polo negativo de otra.

Puente de hidrógeno El puente de hidrógeno puede vincular distintas moléculas e incluso sectores diferentes de una misma molécula. El átomo de hidrógeno, que cuenta con carga positiva, se conoce como átomo donante, mientras que el átomo de oxígeno, fluor o nitrógeno es el átomo aceptor del enlace.

Los puentes de hidrógeno aparecen en el ADN, el agua y las proteínas, por ejemplo. Debido a su existencia, se producen fenómenos de gran importancia, que incluso aparecen de manera cotidiana. El punto de ebullición del agua, la menor densidad del hielo respecto al agua líquida y la consistencia de la glicerina están vinculados a la presencia de puentes de hidrógeno en las moléculas.

Además de todo lo expuesto, merece la pena conocer a fondo otra serie de datos importantes acerca de los llamados puentes de hidrógeno: -En la sustancia en la que resultan más efectivos es en el agua. -Diversos son los trabajos e investigaciones que, a lo largo de los años, se han realizado sobre los puentes de ese tipo. No obstante, una de las más significativas es la que establece que la distancia entre los átomos de oxígeno que toman parte en aquellos es de 0,28 nm, es decir, 0,28 nanómetros.

-Se puede decir que vienen a ser un caso singular en cuanto a la interacción de clase dipolo – dipolo. -De entre todo el conjunto de fuerzas intermoleculares que existen, se considera que los puentes que estamos abordando son, sin lugar a dudas, los que tienen mayor entidad. Y es que su fuerza puede alcanzar hasta los 155 KJ por mol. -Los átomos que, por regla general, son los que participan en el desarrollo y creación de puentes de hidrógeno son el flúor, el nitrógeno o el cloro. -Es importante conocer que cualquier puente de hidrógeno se puede subdividir en lo que se ha dado en llamar puente de hidrógeno simétrico. Este es un término con el que se hace referencia a un enlace que es mucho más fuerte, que se puede dar en el hielo que está sometido a altas presiones y que se caracteriza porque el átomo de hidrógeno está a una distancia equidistante del átomo al que se encuentra unido de manera covalente.

Muchas de las particularidades de los puentes de hidrógeno se deben a la poca fuerza de atracción que tienen en comparación a los enlaces covalentes. Debido a esta característica, las sustancias experimentan cambios en sus propiedades. El punto de fusión de una sustancia, por citar un caso, puede estar relacionado a esta particular atracción del puente de hidrógeno.

Interaccion dipolo-dipolo La interacción dipolo-dipolo consiste en la atracción electrostática entre el extremo positivo de una molécula polar y el negativo de otra. El enlace de hidrógeno es un tipo especial de interacción dipolo-dipolo.

Interacción entre los dipolos eléctricos de las moléculas de cloruro de hidrógeno. Las fuerzas electrostáticas entre dos iones disminuyen de acuerdo con un factor 1/d2 a medida que aumenta su separación d. En cambio, las fuerzas dipolo varían según 1/d3 (d elevado a la tercera potencia) y sólo son eficaces a distancias muy cortas; además son fuerzas más débiles que en el caso ion-ion porque q+ y q- representan cargas parciales. Las energías promedio de las interacciones dipolo son aproximadamente 4 kJ por mol, en contraste con los valores promedio para energías características de tipo iónico y de enlace covalente (~400 kJ por mol).

Estas son ligeramente direccionales, es decir, al elevarse la temperatura, el movimiento traslacional, rotacional y vibracional de las moléculas aumenta y produce orientación más aleatoria entre ellas. En consecuencia, la fuerza de las interacciones dipolo-dipolo disminuye al aumentar la temperatura.1ç

La interacción dipolo-dipolo es la observada entre un dipolo positivo de una molécula polar con el dipolo negativo de otra. En los enlaces covalentes polares, el átomo con mayor electronegatividad atrae los electrones hacia sí, formándose un dipolo negativo en torno al mismo. En el átomo con menor electronegatividad, el dipolo formado es de carga positiva, ya que cede parcialmente sus electrones. Las atracciones electrostáticas entre dipolos de carga contraria, de diferentes moléculas son las llamadas interacciones dipolo-dipolo.

En la siguiente figura observamos un ejemplo de este tipo de interacción, entre moléculas de ácido clorhídrico. Otro ejemplo puede ser el de las moléculas de cloruro de bromo. Las interacciones dipolodipolo se representan con líneas punteadas. La fuerza de este tipo de interacción es bastante débil, de un promedio de 4 kJ por mol, en comparación con la energía de enlaces covalentes o iónicos. Existen varios tipos de interacción dipolo-dipolo: Interacción dipolo permanente. Es el que ocurre entre dos moléculas cuyos enlaces son covalentes polares, es decir, que forman dipolos por diferencia de electronegatividad entre sus átomos. Interacción dipolo inducido. Se produce cuando en moléculas no polares, el dipolo es inducido, por ejemplo mediante un campo eléctrico. También existen interacciones entre un dipolo permanente y un dipolo inducido. Los iones también son capaces de interaccionar con dipolos de moléculas, ya sean éstos permanentes o inducidos. La interacción dipolo-dipolo también puede suceder entre dos partes de la misma molécula, si ésta es lo suficientemente grande. En un líquido, por ejemplo, las moléculas están muy cercanas entre sí, unidas por fuerzas intermoleculares, por ejemplo interacciones dipolo-dipolo. Cuanto mayor es la fuerza intermolecular que las une, mayor será el punto de ebullición del líquido, dado que se necesitará más energía para romper dichos enlaces. Esto es lo que sucede con las moléculas de agua, que están unidas por un tipo especial de interacción dipolo, el puente de hidrógeno. En el puente de hidrógeno el dipolo positivo de este átomo interacciona con el par libre de electrones del átomo de oxígeno. Estos enlaces dan mayor cohesión a las moléculas y es la razón por la cual el punto de ebullición del agua es mucho más alto del esperado para su peso molecular. La interacción dipolo-dipolo existe independientemente de otras fuerzas intermoleculares, como las fuerzas de dispersión de London, donde los movimientos de las moléculas causan dipolos temporarios que ejercen fuerzas de atracción electrostática temporarias también. Densidad :

La densidad es la medida de cuánta masa hay contenida en una unidad de volumen. Es una característica de cada sustancia por, que la densidad es la masa que se encuentra en el volumen de cada sustancia, esto quiere decir que es la relación de masa a volumen (masa dividida por volumen).

En los líquidos y sólidos la densidad no cambia con la presión y la temperatura mientras que los gases son muy sensibles a estas variaciones.

Para hallar la masa de la unidad de volumen es decir la densidad de ciertos cuerpos se debe encontrar primero la masa del cuerpo y el volumen que ese ocupa y luego se divide masa del cuerpo / Volumen que ocupa = densidad de un cuerpo.

Tradicionalmente la densidad se expresa a través de la letra griega “ro”. Dentro del sistema internacional de unidades la densidad se expresa en kilogramos por metro cúbico (kg/m3).

Una de las maneras más fáciles para ilustrar a la densidad, es a través de la observación de cualquier cosa que flote o se hunda en un líquido determinado, (por ejemplo, agua). Si un objeto es menos denso que el líquido en donde se encuentra, entonces flotará. Pero si es más denso, se hundirá.

Si un objeto tiene gran cantidad de masa en poco volumen es más denso que un objeto con poca masa y gran volumen.

Solubilidad: es una medida de la capacidad de disolverse de una determinada sustancia (soluto) en un determinado medio (disolvente). Implícitamente se corresponde con la máxima cantidad de soluto que se puede disolver en una cantidad determinada de disolvente, a determinadas condiciones de Temperatura, e incluso Presión (en caso de un soluto gaseoso). Puede expresarse en unidades de concentración: molaridad, fracción molar, etc. Si en una disolución no se puede disolver más soluto decimos que la disolución está saturada. En algunas condiciones la solubilidad se puede sobrepasar de ese máximo y pasan a denominarse como soluciones "sobresaturadas". Por el contrario si la disolución admite aún más soluto decimos que se encuentra insaturada. No todas las sustancias se disuelven en un mismo solvente. Por ejemplo, en el agua, se disuelve el alcohol y la sal, en tanto que el aceite y la gasolina no se disuelven. En la solubilidad, el carácter polar o apolar de la sustancia influye mucho, ya que, debido a este carácter, la sustancia será más o menos soluble; por ejemplo, los compuestos

con más de un grupo funcional presentan gran polaridad por lo que no son solubles en éter etílico. Entonces para que un compuesto sea soluble en éter etílico ha de tener escasa polaridad; es decir, tal compuesto no ha de tener más de un grupo polar. Los compuestos con menor solubilidad son los que presentan menor reactividad, como son: las parafinas, compuestos aromáticos y los derivados halogenados. El término solubilidad se utiliza tanto para designar al fenómeno cualitativo del proceso de disolución como para expresar cuantitativamente la concentración de las soluciones. La solubilidad de una sustancia depende de la naturaleza del disolvente y del soluto, así como de la temperatura y la presión del sistema, es decir, de la tendencia del sistema a alcanzar el valor máximo de entropía. Al proceso de interacción entre las moléculas del disolvente y las partículas del soluto para formar agregados se le llama solvatación y si el solvente es agua, hidratación.

Punto de ebullición : suele definirse el punto de ebullición como el instante en el cual se produce el cambio de estado de una materia que pasa de líquido a gaseoso. El concepto, en concreto, refiere a la temperatura que provoca que la presión de vapor de un líquido iguale la presión de vapor del medio en cuestión. En otras palabras, el punto de ebullición hace mención a la temperatura en la cual un líquido hierve, la cual está vinculada a las propiedades específicas del líquido, y no a su cantidad. Es importante resaltar que, una vez que el líquido ha entrado

en

ebullición

(y

está

hirviendo),

la

temperatura no sufre ninguna variación. La temperatura de la materia está vinculada a la energía cinética de sus moléculas. Lo habitual es que unas pocas moléculas puedan quebrar la tensión superficial: sin embargo, una vez alcanzada la temperatura del punto de ebullición, se incrementa la entropía y las partículas se desordenan. Tomemos el caso del agua. El punto de ebullición del H2O es 100 grados centígrados. Esto quiere decir que podemos poner agua a temperatura de ambiente (20 grados, por ejemplo) en un jarro y llevar el recipiente al fuego. El agua, en ese momento, se encontrará en estado líquido.

A medida que aumente la temperatura, sin embargo, la tensión superficial empezará a modificarse. Así, al llegar a los 100 grados, el agua alcanzará su punto de ebullición y comenzará a hervir, pasando a estado gaseoso. Como se menciona en párrafos anteriores, no importa si el jarro contiene medio litro, un litro o tres litros de agua: el punto de ebullición siempre será 100 grados.

El punto de fusión es la temperatura a la cual se encuentra el equilibrio de fases sólido-líquido, es decir, la materia pasa de estado sólido a estado líquido, se funde.1 Cabe destacar que el cambio de fase ocurre a temperatura constante. El punto de fusión es una propiedad intensiva.

En la mayoría de las sustancias, el punto de fusión y de congelación, son iguales. Pero esto no siempre es así: por ejemplo, el agar-agar se funde a 85 °C y se solidifica a partir de los 31 a 40 °C; este proceso se conoce como histéresis.

A diferencia del punto de ebullición, el punto de fusión de una sustancia es poco afectado por la presión y, por lo tanto, puede ser utilizado para caracterizar compuestos orgánicos y para comprobar su pureza.

El punto de fusión de una sustancia pura es siempre más alto y tiene una gama más pequeña de variación que el punto de fusión de una sustancia impura. Cuanto más impura sea, más bajo es el punto de fusión y más amplia es la gama de variación. Eventualmente, se alcanza un punto de fusión mínimo. El cociente de la mezcla que da lugar al punto de fusión posible más bajo se conoce como el punto eutéctico, temperatura correspondiente a cada átomo de la sustancia a la que se somete a fusión.

El punto de fusión de un compuesto puro, en muchos casos se da con una sola temperatura, ya que el intervalo de fusión puede ser muy pequeño (menor a 1 °C). En cambio, si hay impurezas, estas provocan que el punto de fusión disminuya y el intervalo de fusión se amplíe. Por ejemplo, el punto de fusión del ácido benzoico impuro podría ser: