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Juan M. Gutiérrez-Zorrilla. Química Inorgánica. 2005
Tema 10. FUERZAS INTERMOLECULARES
Introducción
Polaridad de las moléculas
Interacciones de dipolos
Interacciones de dipolos inducidos
Enlace de hidrógeno
Efectos de las fuerzas químicas
Tipos de estructuras cristalinas
http://cwx.prenhall.com/petrucci/medialib/media_portfolio/13.html http://www.sbu.ac.uk/water/
http://chemed.chem.purdue.edu/demos/
http://www.chemguide.co.uk/atoms/bonding/vdw.html http://www.miramar.sdccd.cc.ca.us/faculty/fgarces/zCourse/Fall2K/Ch201/Ch201Lec/Lecture201/11_Ch200/1101/
Introducción
 Sólido molecular : Sólido cuyas unidades estructurales son moléculas covalentes discretas unidas entre sí por medio de fuerzas de Van der Waals.  Las fuerzas de Van der Waals son fuerzas intermoleculares de carácter electrostático que se establecen entre las moléculas de un compuesto. Son las responsables del estado de agregación del mismo, de sus puntos de fusión y ebullición y de su solubilidad.  Tipos de fuerzas: ¾ Interacciones dipolo-dipolo ¾ Fuerzas de dispersión de London ¾ Enlaces de hidrógeno
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Importancia de las fuerzas intermoleculares
Importancia de las fuerzas intermoleculares (2)
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VSEPR
Nº estérico
Geometría de los pares
Nº átomos periféricos
Geometría molecular 2 Lineal (180°) 2 Lineal (^3) Trigonal plana (120°)
3 Trigonal
2 Angular (^4) Tetraédrica (109.5°)
4 Tetraédrica 3 Piramidal 2 Angular (^5) Bipirámide trigonal (90°, 120°)
(^5) Bipirámide trigonal (^4) Pirámide distorsionada 3 Forma de T 2 Lineal 6 Octaédrico (90°) 6 Octaédrico (^5) Pirámide cuadrada 4 Plano cuadrada
ABnEm Grupo Puntual
Momento dipolar
Ejemplos
AB2 D∞h 0 CO 2 , BeCl 2 (g), ZnX 2 AB3 D3h 0 BX 3 , GaI 3 , In(CH 3 ) 3 AB2E C2v finito SnX 2 , PbX 2 AB4 Td 0 CX 4 , SiX 4 , ThX 4 AB3E C3v finito NH 3 , NX 3 , PX 3 AB2E2 C2v finito H 2 O, SeX 2 , TeX 2 AB5 D3h 0 PF 5 , PCl 5 (g), NbCl 5 (g) AB4E C2v finito SF 4 , SeF (^4) AB3E2 C2v finito ClF 3 , BrF (^3) AB2E3 D∞h 0 XeF (^2) AB6 Oh 0 SF 6 , SeF 6 , MoF (^6) AB5E C4v finito ClF 5 , BrF 5 , IF 5 AB4E2 D4h 0 XeF (^4) AB7 D5h 0 IF (^7)
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 Ion-dipolo
Dependen 1/r^2. Son mucho más débiles que las ion-ion. Están presentes en la disolución de compuestos iónicos en disolventes polares.
Ion
Dipolo
r
R q- q+
E = −
ZqR
4 πε o r 2 −
R 4
≅ −
Z μ
4 πε o r 2
Interacciones de dipolos (1)
Interacciones de dipolos (2)
 Dipolo-dipolo
 Las interacciones dipolo-dipolo son fuerzas intermoleculares que resultan de la atracción que experimentan las correspondientes zonas positiva y negativa de moléculas polares adyacentes.
Dependen 1/r^3.
Son mucho más débiles que las ion-ion y de mucho menor alcance.
Están presentes en disolventes polares.
E = −
q 1 q 2 R 2
4 πε o r^3 −
rR 2
2
≅ −
μ 1 μ 2
4 πε o r^3
R
q 1 -
q 1 +
q 2 +
q 2 -
r
CH 2 Cl 2
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Enlace de hidrógeno
z Se dice que existe un enlace de hidrógeno entre dos átomos A y B cuando éstos se hallan más próximos, o a una distancia menor, de lo que estarían en ausencia del átomo de hidrógeno z El enlace se representa como A − H …B , (el átomo de hidrógeno está unido a un átomo A mediante un enlace covalente normal y a un átomo B mediante un enlace de hidrógeno más débil y largo). z A es electronegativo. z B posee una región de densidad electrónica alta y es electronegativo. z La estructura cristalina de muchos compuestos está dominada por los efectos de los enlaces de hidrógeno
C N O F
Si P S Cl
Ge As Se Br
Sn Sb Te I
A δ− -H δ+ …^ B −
A δ− -H δ+ …^ B δ− -R δ+
Tipos de enlaces de hidrógeno
 Enlaces intermoleculares
¾ grupos finitos HF 2 −, [O 2 CO-H…OCO 2 ] ¾ dímeros (dímeros de ácidos carboxílicos) ¾ redes monodimensionales 1D , HF, HCN, HCO 3 − ¾ redes bidimensionales 2D , B(OH) 3 , H 2 ox ¾ redes tridimensionales 3D , NH 4 F, H 2 O, H 2 O (^2)
 Enlaces intramoleculares
1D
2D
intra dímero
Na 3 H(CO 3 ) 2 .2H 2 O
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Diagrama de fases del H 2 O
3D. H 2 O
Hexagonal: P6 3 /mmc a (Å) 4. c (Å) 7. V (Å^3 ) 121. Z 3 Dx (gcm−3) 0.
O-H (Å) 0.82, 0.
O …O (Å) 2.765, 2.
H …O (Å) 1.91, 1.
O-H …O (°) 180°
http://www.uwgb.edu/dutchs/PETROLGY/Ice%20Structure.HTM
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1D. HF (DF)
Ortorrómbico: B mmb B m2 1 b a (Å) 3.42 3. b (Å) 4.32 4.
c (Å) 5.41 5. V (Å^3 ) 79.9 73. Z 4 4 Dx (g·cm−3) 1.66 1.
F-D (Å) 0.
F…F (Å) 2.49 2.
D …F (Å) 1.
F-D …F (°) 176.6°
Los puntos de fusión y ebullición crecen al aumentar las fuerzas intermoleculares.
Puntos de fusión y ebullición. Sólidos moleculares
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Alcanos
- - -
0
50
100
0 20 40 60 80 100 120 140 Peso molecular
H 2 O
HF
NH (^3)
CH (^4)
**-
-** -
0
50
0 20 40 60 80 100 120 140 Peso molecular
H 2 O
CH 4
NH (^3)
HF
Hidruros covalentes
 Los puntos de fusión y ebullición de NH 3 , H 2 O y HF son anormalmente elevados cuando se comparan con los de los hidruros del resto de elementos de los grupos 15, 16 y 17.
Puntos de fusión (°C)
Puntos de ebullición (°C)
Comp # HB/moléc X…X NH 3 3+3 (3D) 3. H 2 O 2+2 (3D) 2. HF 1+1 (1D) 2.
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Cómo reconocer los principales tipos de fuerzas intermoleculares
Interaccionan moléculas o iones
Fuerzas de London (dipolos inducidos) Ar (l), I 2 (s)
Fuerzas dipolo-dipolo CH 3 Cl, H 2 S
Enlace de hidrógeno H 2 O, NH 3 , HF (l) (s)
Fuerzas ion- dipolo KBr en H 2 O
Enlace iónico NaCl, Ca 2 F, NH 4 CO 3
¿Están implicados iones?
¿Están implicadas moléculas polares?
¿Están implicadas tanto moléculas como iones?
¿Hay enlaces de hidrógeno a átomos de N, O o F?
SI
SI
SI
SI
NO
NO
NO
NO
Fuerzas de van der Waals
Descripción Descripción estructural Características físicas Ejemplos Molecular • Moléculas discretas.
- Fuerzas de van der Waals y enlaces de hidrógeno. - Cristales blandos. - pf bajos. - Aislantes.
Los compuestos moleculares orgánicos e inorgánicos: C 6 H 6 , SF 6 , S 8 , H 2 O … Covalente extendida
- Polímeros covalentes 1D, 2D y 3D.
- Covalente.
- Cristales duros (?).
- pf altos.
- Aislantes, semiconductores.
Grafito, diamante, SiO 2 …
Metálica • Empaquetamientos compactos.
- Enlace metálico.
- Blandos. (La dureza depende de los defectos estructurales y la fortaleza de los enlaces metal metal).
- pf varia desde <T.A. hasta ~3000 °C.
- Buenos conductores.
Fe, Co, Al, K, Au, Na, Hg, W …
Iónica •^ Cationes y aniones dispuestos en una red 3D.
- Enlace iónico.
- Duros, frágiles.
- pf altos.
- Aislantes. Conductores en estado fundido.
NaCl, CsCl, CaF 2 …
PRINCIPALES TIPOS DE ESTRUCTURAS CRISTALINAS
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http://cwx.prenhall.com/petrucci/medialib/media_portfolio/11.html
