Los enlaces covalente, iónico y metálico son los más fuertes que pueden existir entre los ÁTOMOS, se llaman por ello ENLACES INTERATÓMICOS O INTRAMOLECULARES. Cuando se rompen las moléculas o las uniones intramoleculares, las sustancias dejan de existir como tales. Esto es lo que ocurre en las reacciones químicas, se rompen unas uniones y se reordenan los átomos formando sustancias nuevas.
Sin embargo, entre moléculas covalentes o incluso entre átomos que no forman enlace (gases nobles), existen otras fuerzas más débiles que mantienen la cohesión entre las sustancias y que son las responsable de que se encuentren en estado gaseoso, líquido o sólido, son los ENLACES O FUERZAS INTERMOLECULARES.
E=431 kJ/mol E=16 kJ/mol (enlace intermolecular) (enlace intramolecular) H Cl H Cl E=435 kJ/mol E=1 kJ/mol (enlace intermolecular) (enlace intramolecular) H H H H H O H H O H E=463 kJ/mol E=12,55 kJ/mol
El tipo de fuerza intermolecular existente en los compuestos químicos depende directamente de la naturaleza de la molécula. De esta manera, debemos hablar de una serie de fenómenos que tienen lugar por un desplazamiento de cargas instantáneo o permanente en las moléculas y que son los que generan este tipo de uniones intermoleculares.
Las moléculas polares, que tienen un desplazamiento de carga permanente, forman un DIPOLO.
En una molécula APOLAR no hay un desplazamiento permanente. Sin embargo, por efecto del azar los electrones de un átomo o una molécula se pueden concentrar en un momento determinado en una región concreta. Esto crearía un desplazamiento de cargas y la especie que normalmente es apolar, se convierte en POLAR. Se ha formado un DIPOLO INSTANTÁNEO.
Por un proceso de inducción, este dipolo instantáneo crea desplazamientos de cargas en las moléculas vecinas creando un DIPOLO INDUCIDO.
Dependiendo del tipo de dipolo que formen las moléculas o átomos, las fuerzas de atracción intermolecular serán de diferente naturaleza.
En general, a las fuerzas intermoleculares se les conoce con el nombre de FUERZAS DE VAN DER WAALS, pero hay un tipo de fuerza intermolecular de enorme importancia para la vida que se estudia de forma independiente y que se denomina ENLACE DE HIDRÓGENO.
Enlace intermolecular por FUERZAS DE VAN DER WAALS:
En general puede ser de dos tipos, el que se da entre moléculas POLARES y entre moléculas APOLARES.
Enlace intermolecular DIPOLO-DIPOLO:
Se establece entre moléculas POLARES que forman DIPOLOS PERMANENTES como HCl, PH3, H2S y CO.
Es un enlace menos fuerte que el puente de hidrógeno.
Como el enlace se establece gracias a la separación permanente de cargas en la molécula, la fuerza del enlace aumenta a medida que lo hace la polaridad de la misma.
H I H I H I Enlace intermolecular (Van der Waals)
Comparando el punto de ebullición del nitrógeno (N2-apolar) el monóxido de nitrógeno (NO-polar) y el oxígeno (O2-apolar), compuestos de masa molecular parecida, se puede observar cómo el punto de ebullición de la sustancia polar es más elevado.
SUSTANCIA N-N NO O-O
Pebullición (ºC) -195,7 -151,6 -182,8
Enlace intermolecular DIPOLO INSTANTÁNEO-DIPOLO INDUCIDO:
Se conoce también con el nombre de FUERZAS DE LONDON o de DISPERSIÓN. Se establece entre moléculas APOLARES o ÁTOMOS que forman dipolos instantáneos. Se encuentra presente SIEMPRE en TODAS LAS MOLÉCULAS.
Aumenta con el tamaño de la molécula y por tanto con su masa molecular. Esto es debido a que cuanto más grande es la molécula, más lejos se encuentran los electrones del núcleo. Esto hace más fácil la formación de dipolos inducidos (POLARIZABILIDAD).
A medida que aumenta la polarizabilidad, aumenta la fuerza de dispersión. Esto se puede observa, por ejemplo, en los halógenos. A medida que nos desplazamos hacia abajo en el grupo, aumenta su tamaño y su masa molecular.
El cloro es gaseoso (Cl2), el bromo es líquido (Br2) y el yodo es sólido (I2) a temperatura ambiente. El yodo al ser más grande es el más polarizable y también el que mayor punto de ebullición y fusión presenta.
A pesar de todo, son las menos intensas de todas y por ello aunque existan sustancias sólidas tendrán puntos de fusión relativamente bajos (menores de 300 ºC).
H H
H H H H
Enlace intermolecular (London)
En los gases nobles (He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn) existen interacciones de London exclusivamente, ya que no suelen formar enlace covalente o iónico.
Enlace intermolecular (London) He
He He
Y de nuevo, se cumple la regla general de que el punto de ebullición mayor será el del átomo más grande de la serie, el de mayor periodo si seguimos las propiedades en cuanto al radio, el Radón (Rn).
La serie para los puntos de ebullición de los gases nobles en grados centígrados es: He (268,9) < Ne (-246) < Ar (-186) < Kr (-152) < Xe (-108) < Rn (-62)
Por regla general, cuando una molécula es grande, y por tanto muy polarizable, las fuerzas de dispersión juegan un papel más importante que el momento dipolar de la molécula para la estimación de su punto de ebullición o fusión.
Enlace de Hidrógeno (PUENTES DE HIDRÓGENO):
Se establece entre moléculas polares que contienen hidrógeno de la siguiente manera. Interacciona el hidrógeno de una molécula y un átomo pequeño y muy electronegativo (N, O, F) de otra. De todas las fuerzas intermoleculares es el ENLACE MÁS FUERTE.
H O H H O H H O H H N H H H N H H H N H H F H H F H F Enlace intermolecular (puente de hidrógeno)
Las sustancias que tienen este tipo de enlace (NH3, H2O, HF) tienen un PUNTO DE FUSIÓN Y EBULLICIÓN MAYOR que las mismas sustancias de su grupo (PH3, H2S, HCl), que forman moléculas parecidas pero que no forman enlace de hidrógeno.
Por ejemplo para el punto de ebullición entre las sustancias anteriores: peb NH3 (-33,5ºC), peb H2O (100 ºC), peb HF (20 ºC) peb PH3 (-88ºC), peb H2S (-60 ºC), peb HCl (-84,9 ºC)
Se comprueba que es mucho más alto el punto de ebullición de las sustancias que forman enlace de hidrógeno.
Además de las anteriores, poseen puentes de hidrógeno TODAS LAS MOLÉCULAS ORGÁNICAS QUE TENGAN EN SU FÓRMULA GRUPOS CON ENLACE NH u OH.
El enlace de hidrógeno se puede establecer entre distintas moléculas o dentro de la misma molécula, si ésta es lo suficientemente grande y el ciclo que se forma es estable.
Esto incluye a todos los compuestos orgánicos que contengan los grupos –NH2 (Grupo Amino), -OH (Alcohol), -COOH (Ácido), -CHO (Aldehido), -CONH2 (Amido)