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habla sobre las fuerzas intermoleculares y su influencia en las propiedades físicas y químicas
Tipo: Esquemas y mapas conceptuales
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INFORME DEL PROYECTO DE TRABAJO PRÁCTICO DE INVESTIGACIÓN Tema: Las fuerzas intermoleculares. Integrantes:
En varios campos científicos y tecnológicos, la investigación sobre las fuerzas intermoleculares es crucial para comprender este tema y cómo afectan las propiedades físicas de las sustancias. Desde la química y la física hasta la biología y la ingeniería de materiales. Debido a su papel en la determinación de las propiedades de las sustancias, estas fuerzas tienen un impacto en varios aspectos de los compuestos, lo que a su vez tiene un peso en una variedad de procesos, como la síntesis de materiales, la formulación de fármacos y la optimización de procesos industriales. Por este motivo, buscaremos entender la naturaleza y el comportamiento de las sustancias en una variedad de contextos, ya que el impacto de este tema de investigación radica en una amplia gama de propiedades y fenómenos lo que lo convierte en un campo de estudio fundamental que influye en muchas disciplinas científicas y tecnológicas.
Objetivo General
entre las partículas. Esto significa que la fuerza (y la energía) de atracción entre los iones de un líquido iónico son menores en el estado sólido debido a que la d promedio es mayor en el material fundido. Sin embargo, esta energía de atracción es de magnitud mucho mayor que la energía de atracción entre especies neutras (moléculas o átomos). (1) Interacción Ión-dipolo Este tipo de fuerzas son aquellas de atracción entre una molécula polar y un ión (átomo cargado), y son responsables de participar en la disolución de sales. Lo que sucede es que el polo negativo que posee una molécula se relaciona con el ión de carga contraria, ya que los fragmentos de cada molécula se juntan debido a las fuerzas de atracción. De esta manera, es posible reunir muchos dipolos, siempre y cuando el ión sea lo suficientemente grande. Un claro ejemplo representando este tipo de fuerza, es cuando el Cloruro de Sodio (NaCl) se disuelve en agua, porque la interacción que existe entre las moléculas y los iones del agua son lo bastante fuertes como para romper los enlaces iónicos retenidos en la red cristalina. (1) Interacción Ión-dipolo inducido Es bastante similar a la fuerza ión-dipolo, pero la diferencia radica en que la interacción será entre una molécula apolar y un átomo cargado (ión), en donde el dipolo es inducido gracias al campo electrostático del átomo cargado, y, por ende, termina adquiriendo instantáneamente una polaridad, pero de intensidad no tan fuerte. Interacción por Puentes de Hidrógeno Los puentes de hidrógeno son un caso especial de interacciones dipolo-dipolo fuertes. En sentido formal, no son enlaces químicos en realidad. Recientemente, estudios cuidadosos sobre absorción de luz y propiedades magnéticas en solución y sobre el ordenamiento de las moléculas en los sólidos llevaron a la conclusión de que el mismo tipo de atracción (aunque más débil) se presenta cuando el H está unido a carbono. (1) Forma parte de la clasificación de estas fuerzas y es una de las que tiene mayor valor, pero no tanto como un enlace iónico. Es una interacción producida por un hidrógeno que está unido a un átomo electronegativo en una y otra molécula. Cabe mencionar que en los puentes de hidrógeno no se comparten electrones. Al puente de hidrógeno se deben los altos puntos de fusión y de ebullición poco comunes de compuestos como el agua, el alcohol metílico y el amoníaco en comparación con otros compuestos de masa molecular y geometría molecular similares. (1)
Fuerzas de Van der Waals Este nombre hace referencia a interacciones entre átomos que no están relacionados a enlaces atómicos (metálicos, covalentes...) pero sí en casos muy específicos que tienen relación con propiedades electrónicas o polares. Las fuerzas de Van der Waals son: Dipolo-dipolo. Este tipo de interacción ocurre en moléculas permanentemente polares y también pueden ser conocidas como fuerzas de Keesom. La interacción dipolo-dipolo ocurre cuando las moléculas polares resultan en una unión de una molécula con su polo positivo, y otra, respectivamente con su polo negativo. Esto debido a la fuerza de atracción que existe al ser de signos contrarios. Para poder romper estas fuerzas, es de necesidad que exista más energía de la necesaria para poder separar moléculas no polares. Un claro ejemplo de esto, son los puentes de hidrógeno. (5) Dipolo-dipolo inducido. Se producen cuando una molécula polar induce un dipolo momentáneo en una molécula no polar. En otras palabras, una molécula con un dipolo permanente puede redistribuir su densidad electrónica hacia una molécula cercana que no tiene un dipolo permanente. (5) Fuerzas de Dispersión de London. Las fuerzas de dispersión resultan de la atracción del núcleo con carga positiva de un átomo por la nube de electrones de otro átomo en las moléculas cercanas. Esto induce dipolos temporales en átomos o moléculas vecinos. (1) Es decir, cuando hay dos átomos y más cerca están, en cierto momento, el giro crea momentáneamente un dipolo. El movimiento de los electrones de un átomo o molécula puede generar un momento dipolar instantáneo. El dipolo instantáneo de un átomo puede generar un dipolo temporal en un átomo adyacente, causando que los átomos se atraigan por estas fuerzas de dispersión. Esto sucede cuando hay una mayor cantidad de electrones (que es cuando existe una mayor masa atómica), y, por ende, mayor posibilidad de distorsionar la nube electrónica y formar un dipolo momentáneo. Este tipo de fuerza es la que tiene menor potencia que las otras dos. (5) Las fuerzas de dispersión también son conocidas como fuerzas de London en honor al físico alemán Fritz London (1900-1954), quien en 1930 postuló por primera vez su existencia con base en la teoría cuántica. (1) Propiedades Físicas de las Sustancias Las propiedades de los compuestos covalentes, como el punto de fusión y el punto de ebullición, se explican por las fuerzas intermoleculares que las mantienen unidas. Como estas fuerzas son débiles, las sustancias generalmente necesitan menos energía para cambiar de estado de agregación.
los compuestos covalentes, los polares tienen una temperatura de fusión más alta que los apolares. (7) Solubilidad Se denomina solubilidad a la capacidad que tiene un soluto para disolverse en condiciones específicas y a una temperatura específica. La solubilidad depende mucho de factores que pueden influir en ella de cierta manera, de las cuales una es la temperatura. Con algunas excepciones, lo solubles que pueden ser los sólidos en agua aumenta a medida que aumenta la temperatura. Mediante que aumenta la temperatura, aumenta la cantidad de partículas de soluto a disolvente, lo que en ciertos casos termina por romper estas fuerzas intermoleculares entre las interacciones. Otro factor que afecta la solubilidad de una sustancia es la presión, debido a que la presión actúa sobre los solutos gaseosos, aumentando la solubilidad de algunos disolventes. (8) Volatilidad La volatilidad determina la facilidad con la que una sustancia puede evaporarse. Si una sustancia es muy volátil, aparece en forma de vapor; y si, por el contrario, es menos volátil, aparece como sólido o líquido. Debido a que las moléculas pueden escapar más fácilmente de la fase líquida, las sustancias con fuerzas intermoleculares más débiles suelen ser más volátiles. Sin embargo, cuando hay fuertes fuerzas intermoleculares, se necesita más energía para separar las moléculas y pasar al estado gaseoso, lo que reduce la volatilidad. (9) Evaporación El proceso por el cual las moléculas de una sustancia líquida adquieren suficiente energía cinética para escapar de la superficie del líquido y pasar al estado gaseoso se conoce como evaporación. Los distintos tipos de fuerzas intermoleculares determinan cuán fácilmente las moléculas pueden escapar de la fase líquida y pasar a la fase gaseosa. Cuando las fuerzas intermoleculares son débiles, las moléculas tienen más libertad para moverse y escapar, lo que aumenta la tasa de evaporación. Cuando las fuerzas intermoleculares son más fuertes, las moléculas se mantienen más tiempo en la fase líquida, lo que reduce la tasa de evaporación. (10) Densidad Es el tipo de propiedad que nos deja medir qué tan pesada o ligera es una sustancia. Es la masa por unidad de volumen de una sustancia y está relacionado con la compactación de las moléculas en esa sustancia. Las fuerzas intermoleculares determinan cómo las moléculas están dispuestas y cómo interactúan entre sí dependiendo de sus estados: sólido, líquido y gaseoso. (11) Las fuerzas intermoleculares en los sólidos suelen ser más fuertes y ordenadas, lo que resulta en una mayor densidad debido a la compactación de
las moléculas. Un buen ejemplo de esto es en los enlaces de hidrógeno, que organizan las moléculas de agua en una red tridimensional estructurada en un sólido cristalino como el hielo, lo que da como resultado una densidad relativamente alta. En los líquidos son menos ordenadas que en sólidos, lo que resulta en una densidad más baja. A medida que las moléculas se mueven con mayor libertad, están menos compactadas y tienen un volumen mayor. En los gases, estos tienen una densidad mucho menor que los estados sólido y líquido porque las fuerzas son muy débiles o prácticamente inexistentes. Las moléculas de gas tienen un mayor volumen en relación con su masa porque están muy separadas. Fuerzas intermoleculares en procesos biológicos En muchos sistemas biológicos, la estructura y función de las biomoléculas dependen más de los enlaces débiles que los enlaces fuertes. Por otro lado, las moléculas en las células cambian constantemente y rápidamente en condiciones simples, lo cual solo es posible por la debilidad de los enlaces. Las enzimas a menudo se unen a sustratos a través de fuerzas de Van der Waals. La investigación de los sustratos es importante debido a que permite muchas interacciones de este tipo. Por otro lado, por la alta velocidad de la formación del complejo, se cambia el sustrato y se rompe el complejo final. Solo porque estos enlaces son débiles, ya que si los enlaces fueran covalentes las reacciones no serían rápidas. En las hebras del ADN, la estructura de doble hélice que posee este ácido nucleico está formada y unida mediante puentes de hidrógeno entre bases nitrogenadas, los cuales confieren que este ácido tenga esa estructura fija acostumbrada. Si la molécula de ADN tiene una temperatura elevada estos enlaces de hidrógeno se rompen y se desnaturalizan. Por otro lado, si se enfrían a cierta temperatura las moléculas se vuelven a regenerar como su estado anterior, incluso a consecuencia de las infinitas combinaciones de puentes de hidrógeno debido a la alta tasa de expansión y reducción de los puentes de hidrógeno, lo que permite establecer una configuración más estable. La estructura tridimensional de las proteínas es la base de su actividad biológica, la cual se forma mediante puentes de hidrógeno entre los grupos NH y C=O de una misma cadena o de otras paralelas de varios aminoácidos. Cuando las condiciones fisiológicas cambian (temperatura, PH, entre otros), las proteínas pierden conformación y actividad.
Alcance de la Investigación Descriptiva: Se considera a la investigación del tipo descriptiva, porque a partir del análisis de la información y la caracterización se plantea una conclusión acerca de la temática. Enfoque de la Investigación Enfoque Cualitativo: La investigación presenta enfoques de carácter cualitativo, debido a que recurre a la descripción de variables no cuantificables.
La presente investigación ha demostrado la relevancia de las fuerzas intermoleculares en la comprensión de las propiedades de las sustancias y su influencia en los procesos biológicos. Mediante una exploración minuciosa de estas fuerzas, se logró identificar cómo afectan en las características de diversos materiales y su importancia en la estabilidad y funcionamiento de los procesos biológicos. También, al reconocer la función de estas fuerzas intermoleculares, este estudio ha ayudado a aplicar el entendimiento de su pertinencia en la vida diaria. La especificación de la relación cuantitativa entre las fuerzas intermoleculares y el punto de ebullición de sustancias orgánicas ha sido clave para poder predecir y controlar propiedades físicas importantes. Luego de lograr el objetivo principal de este estudio, no solo se profundizó el conocimiento científico, sino también se ha establecido una base para futuras investigaciones que podrían beneficiar al desarrollo de materiales innovadores y a la optimización de procesos biotecnológicos. Estas investigaciones han sido fundamentales para progresar en el conocimiento de la materia y cómo se comporta, lo cual tiene implicaciones importantes tanto investigaciones científicas como en su aplicación en la vida cotidiana.
