Todo lo que nos rodea es una materia que tiene unas propiedades físicas y químicas. La materia que nos rodea existe en diferentes estados. Para que una materia se presente en diferentes estados, tiene que haber algún tipo de fuerza entre los átomos de esta materia para mantenerlos unidos. Comprendamos estas fuerzas que son responsables de la existencia de la materia. Las fuerzas pueden entenderse como algún tipo de sujetador que mantiene las cosas o las une.
En el caso de los átomos, se necesita algún tipo de fuerza para mantener los electrones, protones y neutrones de las partículas atómicas dentro del átomo y mantenerlos unidos para la estabilidad de los átomos. Los electrones se mueven en orbitales circulares alrededor del núcleo de un átomo debido a diferentes fuerzas que están presentes para proporcionar estabilidad.
Fuerzas intermoleculares
Las fuerzas intermoleculares se pueden definir como las fuerzas de atracción o repulsión que se aplican a los átomos y moléculas cuando interactúan entre sí, ya sea en el momento del cambio de fase o en las reacciones químicas. Las fuerzas electrostáticas que están presentes entre iones que tienen diferentes cargas no se consideran fuerzas intermoleculares.
Estas fuerzas intermoleculares también se conocen como fuerzas de Van der Waals cuando tienen naturaleza atractiva. En honor a un gran científico, Johannes van der Waals, las fuerzas intermoleculares se denominan fuerzas de Van der Waals porque explicó el concepto del comportamiento de los gases reales que se desvía del comportamiento ideal a temperatura y presión estándar.
A medida que aumenta la atracción intermolecular, aumenta el punto de ebullición. Por el contrario, las fuerzas intermoleculares de varias sustancias pueden evaluarse comparando sus temperaturas de ebullición. Esto se debe a que el calor en el punto de ebullición hace que las conexiones intermoleculares se rompan, convirtiendo el líquido en vapor. De manera similar, el punto de fusión aumenta a medida que las interacciones intermoleculares se vuelven más intensas.
Tipos de fuerzas intermoleculares
Las fuerzas intermoleculares son principalmente de cinco tipos, como se explica a continuación:
Fuerzas de Dispersión o Fuerzas de London
Las fuerzas de dispersión o las fuerzas de London se pueden definir como las fuerzas de atracción que se aplican entre dos dipolos temporales. Estas fuerzas distorsionan la densidad de la nube de electrones de los átomos. Estas fuerzas son de naturaleza atractiva y llevan el nombre de un físico alemán Fritz London y es por eso que también se conocen como Fuerzas de Londres .
Entendamos estas fuerzas con un ejemplo, así que tomemos dos átomos X e Y que están muy cerca uno del otro pero que no están en contacto, por lo que la distribución de carga en cualquier momento si se perturba en cualquiera de los átomos, entonces debido al efecto de las fuerzas de London. la nube de carga de otros átomos también se altera.
Fuerzas dipolo-dipolo
Las fuerzas dipolo-dipolo se pueden definir como las fuerzas que actúan entre las moléculas que tienen un dipolo permanente. El dipolo puede entenderse como un par de cargas opuestas en una molécula o en un enlace.
Entendamos con un ejemplo las fuerzas dipolo-dipolo que actúan entre las moléculas de HCl, ya que las moléculas de HCl tienen dipolos permanentes y, debido a esto, en el lado del Cl, la densidad de la nube de carga electrónica es mayor que en el lado del hidrógeno.
Fuerzas dipolo inducidas por dipolo
Las fuerzas dipolo inducidas por dipolo se pueden definir como las fuerzas de atracción que se aplican entre dos moléculas en las que una tiene un dipolo permanente y la otra no tiene un dipolo permanente. Por lo tanto, la molécula con dipolo permanente induce el dipolo a la otra molécula que es eléctricamente neutra y, por lo tanto, distorsiona la nube de carga electrónica.
Interacciones ion-dipolo
Esta es la atracción entre una molécula polar y un ion (catión o anión). Cuando el NaCl se disuelve en agua, las moléculas polares de agua son atraídas por los iones Na + y Cl – (un proceso conocido como hidratación de iones). La fuerza de este contacto está determinada por el momento y el tamaño del dipolo de la molécula polar, así como por la carga y el tamaño del ion. Debido a que el catión tiene una densidad de carga más alta que el anión con la misma carga, este contacto es generalmente más fuerte con el catión. Además, debido a que CCl 4 no es polar, no puede interactuar con los cationes Na + y Cl – . Como resultado, el NaCl es insoluble en CCl 4 .
Debido a que la carga de cualquier ion es sustancialmente mayor que la carga de un momento dipolar, las fuerzas de atracción ion-dipolo son más fuertes que las interacciones dipolo-dipolo.
Interacciones dipolo inducidas por iones
La presencia de un ion cerca de una molécula no polar puede hacer que se polarice y se convierta en un dipolo inducido. Las interacciones dipolo inducidas por iones son las interacciones entre ellos. La intensidad de estas interacciones está determinada por la carga del ion y la situación en la que la molécula no polar se polariza. Un anión polariza la molécula por repulsión, mientras que un catión la polariza por atracción de la nube de electrones.
La hemoglobina, por ejemplo, está presente en los glóbulos rojos (RBC). Tiene un ion Fe2+ en su núcleo, que atrae el ion O2 a través de la fuerza dipolar inducida por iones.
Energía térmica
La energía contenida dentro de un sistema que es responsable de su temperatura se conoce como energía térmica . La transferencia de energía térmica se conoce como calor. La termodinámica es una disciplina de la física que estudia cómo se transmite el calor a través de los sistemas y cómo se realiza el trabajo en el proceso (ver la primera ley de la termodinámica).
La energía térmica se puede definir como la energía que surge debido al movimiento de los átomos y moléculas de cualquier sistema. El movimiento de las partículas de un sistema se conoce como movimiento térmico y da lugar a energía térmica y esta energía térmica varía directamente con la temperatura.
La energía de una sola partícula debido al movimiento se conoce como energía cinética, pero la energía promedio de todas las partículas da la medida de la energía térmica.
Diferencia entre energía térmica y fuerzas intermoleculares
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Energía térmica |
Fuerzas intermoleculares |
| Se debe al movimiento de las partículas. | Se debe al dipolo de una o ambas moléculas. |
| Tiene la tendencia a mantener las partículas separadas. | Tiene la tendencia a mantener juntas las partículas. |
| Una gran cantidad de energía térmica significa que la materia no puede existir en la fase sólida. | Un gran número de fuerzas intermoleculares significa que la materia puede existir como sólidos. |
| La energía térmica es directamente proporcional a la temperatura. | Las fuerzas intermoleculares no tienen mucho efecto sobre la temperatura. |
| En la fase gaseosa, la energía térmica es alta. | En la fase gaseosa, las fuerzas intermoleculares son débiles. |
| En fase sólida, hay una cantidad insignificante de movimiento de partículas debido a la menor energía térmica. | En fase sólida, hay una gran cantidad de fuerza intermolecular entre las partículas, por lo que no hay movimiento. |
| Los gases se pueden licuar para reducir la energía térmica. | Los gases no pueden licuarse incluso si la fuerza intermolecular es máxima |
| El volumen de la materia es mayor si la energía térmica es alta. | El volumen de la materia es menor si las fuerzas intermoleculares son máximas |
| Se producen tres estados de la materia debido al equilibrio de la energía térmica. | Se producen tres estados de la materia debido al equilibrio de fuerzas intermoleculares. |
Ejemplos de preguntas
Pregunta 1: ¿Por qué los líquidos y los sólidos son difíciles de comprimir?
Responder:
Las moléculas del mismo o de diferentes elementos también ejercen fuerzas repulsivas entre sí. Cuando dos moléculas se acercan mucho, surge la fuerza de repulsión entre las nubes de electrones de las moléculas y la fuerza entre los núcleos de dos moléculas. La intensidad de estas fuerzas de repulsión aumenta muy rápidamente a medida que disminuye la distancia entre las moléculas y viceversa. Esta es la razón por la que los líquidos y los sólidos son difíciles de comprimir.
Pregunta 2: ¿Qué es un enlace de hidrógeno?
Responder:
El enlace de hidrógeno puede entenderse como un tipo poderoso especial de interacción dipolo-dipolo. La formación de enlaces de hidrógeno se muestra solo por unos pocos elementos, por lo que se mantiene separada de otras fuerzas intermoleculares. Las moléculas que son fuertemente polares muestran la tendencia a formar enlaces de hidrógeno, por lo que las moléculas de nitrógeno, oxígeno y flúor pueden formar enlaces de hidrógeno.
Pregunta 3: ¿Cómo la energía de interacción de las fuerzas de London depende de la distancia entre dos partículas?
Responder:
La energía de interacción de las fuerzas de London varía inversamente a la sexta potencia de la distancia entre dos partículas.
Energía de interacción ∝ 1/x 6
donde x es la distancia entre dos partículas
Pregunta 4: ¿Los enlaces de hidrógeno se limitan solo a las moléculas de nitrógeno, oxígeno y flúor?
Responder:
Sí, es cierto que los enlaces de hidrógeno se consideran limitados al nitrógeno, el oxígeno y el flúor, pero hay algunos casos especiales en los que también se pueden ver enlaces de hidrógeno en el cloro. Los enlaces de hidrógeno tienen una gran cantidad de energía, entre 10 y 100 kJ mol -1 , por lo que los enlaces de hidrógeno son muy poderosos, por lo que ayudan a determinar la estructura y las propiedades de muchos compuestos.
Pregunta 5: ¿Cómo la energía de interacción de las fuerzas dipolo-dipolo depende de la distancia entre dos partículas?
Responder:
Las fuerzas dipolo-dipolo están entre moléculas polares que son de dos tipos, una es estacionaria y la otra es giratoria. La energía de interacción de las fuerzas dipolo-dipolo varía inversamente a la tercera potencia de la distancia entre dos partículas en el caso de moléculas polares estacionarias.
Energía de interacción ∝ 1/x 3
donde x es la distancia entre dos partículas.
La energía de interacción de las fuerzas dipolo-dipolo varía inversamente a la sexta potencia de la distancia entre dos partículas en el caso de moléculas polares en rotación.
Energía de interacción ∝ 1/x 6
donde x es la distancia entre dos partículas.
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Artículo escrito por lastbitcoder y traducido por Barcelona Geeks. The original can be accessed here. Licence: CCBY-SA