Fuerzas Intermoleculares
¿Qué son?
FUERZAS INTERMOLECULARES Y PROPIEDADES FÍSICAS
En 1967 el químico francés Jean-Marie Lehnn desarrolló la química supramolecular por primera vez, la cual está enfocada al estudio y empleo de enlaces moleculares unidos a través de interacciones no covalentes, como puentes de hidrógeno y fuerzas de Van der Waals. Esta área puede verse como una extensión de la química clásica del enlace covalente, que une átomos para formar moléculas, a una química del enlace no-covalente, que une moléculas, y con frecuencia la etiquetan, siguiendo a J-M Lehn, sencillamente como "química más allá de la molécula".
En comparación con los enlaces covalentes, las interacciones intermoleculares son débiles y tradicionalmente atraen la atención de los químicos en relación con procesos en los cuales participan grandes cantidades de especies; por ejemplo, solvatación, fenómenos superficiales, comportamiento físico de gases a alta presión, etcétera. Sin embargo, analizando algunos sistemas biológicos, vemos que varios procesos fundamentales como la replicación, las interacciones anticuerpo-antígeno, la catálisis enzimática, se realizan con asombrosa eficiencia debido a una acción muy bien organizada de las fuerzas intermoleculares entre sólo dos moléculas. El desarrollo de la química supramolecular está fuertemente ligado a los estudios de sistemas biológicos, que se refleja también en la terminología usada en esta área. El descubrimiento de la importancia de las interacciones no-covalentes para el mantenimiento de estructuras de moléculas biológicas, y para su funcionamiento, estimuló los estudios sobre la naturaleza de estas interacciones y, por otro lado, intentos de reproducir algunos procesos biológicos; por ejemplo, el transporte iónico a través de membranas celulares o catálisis enzimática, en sistemas químicos, llevaron al desarrollo de nuevos principios de diseño de reactivos analíticos, catalizadores, fármacos, etcétera.
Son fuerzas importantísimas en la vida misma, y en toda la tecnología actual: en farmacología (explican la unión entre la molécula de fármaco y una macro molécula receptora), tecnología de pinturas, inmunología, industria textil, polímeros, inmuno ensayos, etc.: todo lo que implique reconocimiento entre moléculas.
CARACTERÍSTICAS
- Son de naturaleza electrostática.
- Están presentes en sustancias covalentes cuando se encuentran en estado sólido o líquido, o en estado gaseoso a alta presión.
- Las sustancias que tienen menores puntos de fusión y de ebullición tienen fuerzas intermoleculares más débiles.
- Hay distintas clases, dependiendo la naturaleza de las partículas de la sustancia
Ojo: no confundir fuerzas intramoleculares (enlaces químicos por superposición de orbitales) con atracciones intermoleculares.
Fuerzas intermoleculares:
- Son muy dependientes de la temperatura, un aumento de temperatura produce un decremento de las fuerzas intermoleculares.
- Son más débiles que los enlaces químicos, del orden de 100 veces menor
- La distancia de unión es a nivel de micras
- Las uniones no están direccionadas.
Enlaces Quimicos:
- No son tan dependientes de la temperatura
- Son más fuertes que las fuerzas intermoleculares
- La distancia de unión es muy pequeña, a nivel de Amstrongs
- Las uniones están direccionadas
FUERZAS DE ATRACCIÓN INTERMOLECULARES (QUÍMICA SUPRAMOLECULAR)
Se han caracterizado tres fuerzas de atracción intermoleculares:
- entre moléculas polares: fuerzas dipolo-dipolo permanentes. Es consecuencia de la polaridad de las moléculas.
- entre moléculas no polares: fuerzas entre dipolo instantáneo-dipolo inducido (propuestas por Fritz London). Es resultado de la polarizabilidad (facilidad de distorsión de la nube electrónica) de las moléculas.
- entre moléculas polares con puente de hidrógeno: son un tipo especial de atracción que existe cuando hay H en un enlace polarizado, específicamente cuando está unido a F, O o N.
Otro tipo de fuerza de atracción es la fuerza ion-dipolo, importante en las disoluciones.
La polaridad en las moléculas
La polaridad es un concepto central para entender estas atracciones de tipo eléctrico entre las partículas de cualquier sustancia. Para repasar el contepto de polaridad aquí dejamos un simulador para que recuerdes de qué forma los electrones pueden distribuirse de acuerdo a la electronegatividad de los elementos y la geometría molecular correspondiente.
Veamos en detalle, en los siguientes videos, cada una de las interacciones o fuerzas intermoleculares:
1. Interacción entre dipolo instantáneo y dipolo inducido (Fuerzas de London):
Concepto central en estas fuerzas: polarizabilidad . La polarizabilidad aumenta con el aumento de la nube electrónica, relacionado con el tamaño de la molécula o del átomo (y no con la masa molecular ).
2. Interacción entre moléculas polares y con puentes de hidrógeno:
Concepto central en estas fuerzas: polaridad. La polaridad aumenta con el momento dipolar, que depende de las diferencias de electronegatividad y de la asimetría molecular.
Un caso particular: las interacciones hidrofóbicas
Otra interacción importante ocurre cuando se mezclan sustancias no polares con agua: es la interacción hidrofóbica. Por ejemplo, cuando se mezcla aceite con agua, el aceite tiende a unirse en forma de gotas esféricas, repeliendo al agua. En este caso, la atracción entre sus moléculas se produce por razones termodinámicas: una molécula que no puede interaccionar con las de agua, incrementa el orden del agua a su alrededor (que deberían estar desordenadas y en movimiento), es decir, disminuye la entropía (violando el 2° principio de la termodinámica). Dos moléculas no polares, duplican el efecto!!! Para minimizarlo, éstas moléculas se asocian (aparecen fuerzas de London entre ellas), repeliendo moléculas de agua: Veamos gráficamente el efecto en la imagen de la derecha:
