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Cómo se atraen las moléculas?

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Academic year: 2022

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(1)

Unidad

4

Indagación

¿Cómo se atraen las moléculas?

Así como el enlace covalente puede ser polar y no polar, dependien- do de la diferencia de electronegatividad entre los átomos que lo conforman; de igual manera, las moléculas pueden ser polares o no polares, de acuerdo con la polaridad de sus enlaces y su geometría.

Esta polaridad de las moléculas marca la forma en que interactúan unas con otras, a fin de mantenerse unidas, o de repelerse entre sí.

A. ¿Cuántas gotas de agua caben en una moneda?

Para que comprendas mejor cómo interactúan las moléculas entre sí, realicemos la siguiente actividad en parejas.

Para que comprendas

mejor cómo interactúan las moléculas entre

sí, realicemos la siguiente actividad en

parejas.

Procedimiento:

1. Cada persona colocará una moneda pequeña sobre una super- ficie plana. Las monedas deben ser del mismo tamaño.

2. Antes de iniciar con el experimento, piensa cuántas gotas de agua pueden caber sobre esa moneda.

3. Escribe en tu cuaderno de trabajo la cantidad de gotas que esti- mas que caben en la moneda.

4. Luego procede al mismo tiempo que tu compañero a depositar despacio y gota a gota el agua sobre la moneda con la ayuda de un gotero; deberás ir contando las gotas.

5. Ganará quien logre colocar la mayor cantidad de gotas, sin que se derramen.

6. Finalmente, compara la cantidad de gotas estimadas con las que lograste colocar sobre la moneda.

7. Teniendo en cuenta la polaridad de sus enlaces y la geometría de la molécula del agua, responde en tu cuaderno de trabajo:

a. ¿A qué crees que pueda deberse que esta cantidad de gotas puedan caber sobre una moneda pequeña?

b. ¿Crees que esto mismo se podría lograr con un líquido como el aceite para cocinar?

Una moneda pequeña.

Un gotero.

Agua potable.

Materiales:

Debido a que en las moléculas diatómicas solo hay un enlace covalente (simple o múltiple), la molécula será polar o no polar, dependiendo de la naturaleza de este único enlace.

p. 47

(2)

Creatividad

Los dipolos formados en un enlace polar son vectoriales, lo que significa que tienen tanto magnitud como dirección.

La suma vectorial de los dipolos de una molécula da origen a su polaridad; si los dipolos se cancelan la molécula es no polar; si no se cancelan, se obtendrá un dipolo resultante, y la molécula será polar.

B. Determinemos la polaridad de las moléculas

En la siguiente actividad aprenderás a determinar si una molécula es polar o no polar, al obtener su dipolo resultante.

El dipolo se orienta del átomo de menor al de mayor electronegativi- dad.

no olvides que...

No olvides qué...

Cuaderno de trabajo.

Materiales:

p.

47

Procedimiento:

1. Realiza en tu cuaderno de trabajo la estructura de esferas y ba- rras de las moléculas de O2 (oxígeno), N2 (nitrógeno), HCl (ácido clorhídrico), CO2 (dióxido de carbono), H2O (agua), NH3 (amonía- co) y CCl4 (tetracloruro de carbono), considerando su geometría.

2. Clasifica cada uno de sus enlaces covalentes como polar o no polar, de acuerdo con su diferencia de electronegatividad.

3. Luego, señala con una flecha (→) hacia dónde se orienta el di- polo.

4. Indica las cargas parciales (polos) positiva y negativa, de todos los átomos de la molécula.

5. Observa los dipolos en cada molécula. Si dos dipolos tienen igual magnitud, pero dirección opuesta, estos se cancelan entre sí.

6. Si todos se cancelan, implica que no hay un dipolo resultante;

Escanea el códi- go y encuentra un simulador para

observar hacia dónde se orienta el

dipolo resultante y las cargas parcia-

les de una molé- cula cuando se somete a un cam-

po eléctrico.

Ojo al

dato... Ojo al dato...

1 debye (D) equivale a 3.336 × 10–30 C m (se lee culombio metro).

pero si no se cancelan todos los dipolos, señala con una flecha más grande hacia dónde se orienta el dipolo re- sultante, lo cual será hacia el átomo donde se orienten los dipolos que no se cancelaron.

7. Si existe un dipolo resultante, implica que la molécula tendrá un momento dipolar.

8. Con base a esto, clasifica cada molécula como polar o no polar.

(3)

Unidad

4

Evidentemente, no todas las moléculas son polares; entonces, ¿será que podremos encontrar interacción entre moléculas no polares? Averigüémoslo con la siguiente actividad.

Hemos analizado la formación del momento dipolar para una sola molécula polar. Sin embargo, en las fases sólida y líquida, las molé- culas no se encuentran aisladas, sino interactuando con otras molé- culas vecinas. En ese sentido, los polos con cargas eléctricas contra- rias de dos moléculas vecinas se pueden atraer.

La atracción que existe entre las moléculas es debida a las fuerzas intermoleculares.

Un plato redondo.

Leche entera líquida (250 ml aproximadamente).

Un hisopo.

Gotas de colorante vegetal (puede ser de diferentes colo- res).

Gotas de jabón líquido.

Materiales:

p. 48

La manera de medir de forma experimental la polaridad de un enlace o de una mo- lécula completa es sometiéndolo a un campo eléctrico para determinar su momento dipolar (se representa por μ), el cual es el producto de la carga eléctrica (Q) por la distancia (r) entre las cargas: μ = Q x r. Las unidades más usadas para su medición se denominan debye (D).

Las moléculas no polares no presentan momento dipolar significativo, mientras que las moléculas polares sí poseen un momento dipolar resultante.

C. Baile de colores sobre la leche

Procedimiento:

1. Agrega un poco de leche entera sobre un plato redondo (no muy hondo), a manera de cubrirlo todo.

2. Echa sobre la leche unas 3 o 4 gotas de colorante vegetal. De ser posible, que sean de colores diferentes.

3. Observa si los colorantes quedan sobre la leche o se mezclan con ella de inmediato.

4. Impregna un hisopo con jabón líquido y colócalo justo en el cen- tro de los colorantes. ¡Observa lo que ocurre con los colorantes!

5. Analiza lo ocurrido y responde en tu cuaderno de trabajo:

a. ¿Cómo se relaciona esto con la atracción entre las moléculas del agua contenida en la leche?

(4)

MOMENTO DIPOLAR DE LA MOLÉCULA DEL AGUA

Por la dipolaridad de la molécula de agua se esta- blecen enlaces de hidrógeno con otras moléculas de

agua.

Un tipo de interacción dipolo-dipolo muy fuerte ocurre cuando la carga parcial positiva del átomo de hidrógeno de una molécula po- lar es atraída por un par de electrones libres de un átomo electrone- gativo de O, N o F; esta interacción se denomina enlace o puente de hidrógeno, y a menudo se trata como una categoría aparte. Esta interacción es la responsable de mantener unidas las moléculas de agua, por lo que tiene gran importancia biológica.

D. ¿Qué tan fuerte es el enlace de hidrógeno?

Veamos qué tan fuerte es el enlace de hidrógeno con la siguiente actividad.

Agua potable (500 ml aproximadamente).

Aceite comestible (100 ml aproximadamente).

Lana o cordel (1 m de largo, aproximadamente).

Tres vasos transparentes.

Una caja de clips.

Materiales:

Procedimiento:

1. Coloca un vaso vacío sobre la mesa y agrega agua hasta la mi- tad en otro vaso.

2. Moja la lana o cordel en el vaso con agua.

3. Sujeta con tus dedos un extremo de la lana dentro del vaso vacío sobre la mesa.

4. El otro extremo sujétalo en la boca del vaso con agua.

Las fuerzas intermoleculares constituyen las denominadas fuerzas de van der Waals (en honor al físico holandés Johannes van der Waals), que se dividen en tres tipos: dipolo-dipolo, dipolo-dipolo inducido y fuerzas de dispersión.

Las fuerzas dipolo-dipolo se dan entre moléculas polares, ya que po- seen momentos dipolares y el polo positivo de una molécula atrae al negativo de la otra molécula.

Dipolo permanente Dipolo permanente Interacción dipolo – dipolo

b. ¿Los colorantes se alejan o atraen hacia el hisopo con jabón?

c. ¿El jabón interactúa o no con las grasas? (Considera que la leche entera contiene grasa)

d. ¿Ocurriría lo mismo si utilizaras leche descremada (libre de gra- sa) en este experimento?

(5)

Unidad

4

- + Dipolo δ- δ+

- + Dipolo inducido

δ- δ+

Cuando una molécula polar se acerca a una molécula no polar, la distribución de sus electrones se distorsiona por la fuerza que ejerce la molécula polar, induciendo un dipolo temporal, por lo que a esta interacción se le denomina dipolo-dipolo inducido.

Las fuerzas de dispersión son fuerzas de atracción débiles que se ge- neran a partir de los dipolos temporales inducidos en las moléculas.

Existen en todos los tipos de moléculas, aunque su contribución se considera más significativa en las moléculas no polares.

5. Eleva un poco el vaso con agua y, manteniendo tensa la lana, in- tenta bajar el agua a través de ella al vaso vacío.

6. Repite este experimento usando aceite en lugar de agua.

7. Después, llena un vaso con agua hasta el borde. Piensa y respon- de: a. ¿cuántos clips crees que se le pueden agregar al interior del vaso sin que se derrame el agua?

8. Agrega con cuidado y contando uno a uno los clips al interior del vaso. Observa la curvatura que se forma en la superficie del agua.

9. Analiza tus resultados y responde en tu cuaderno de trabajo:

b. ¿A qué se debe que el agua sí puede descender por la lana, mientras que el aceite no?

c. ¿A qué se debe que quepa esa cantidad de clips en el vaso sin que se derrame el agua?

Comunicación

Entre un ion y un dipolo molecular (permanente o indu- cido) también puede ocurrir una atracción por fuerzas electrostáticas, las cuales se denominan ion-dipolo e ion-dipolo inducido, respectivamente. No obstante, estas no se catalogan como fuerzas de van der Waals.

En general, las fuerzas intermoleculares suelen ser más dé- biles que los enlaces entre átomos (fuerzas intramolecula- res); por ello, es más fácil evaporar un líquido que romper los enlaces de los átomos que conforman sus moléculas.

De hecho, los puntos de ebullición de las sustancias refle- jan la magnitud de las fuerzas intermoleculares que exis-

Fíjate qué...

El agua es considerada como el «solvente univer- sal», ya que gracias a su elevado momento dipo- lar es capaz de disolver sustancias covalentes polares e iónicas.

Fíjate

qué...

p. 48

(6)

E. Identifiquemos las interacciones intermoleculares

Aprendamos a identificar las interacciones intermoleculares en la si- guiente actividad, partiendo de la naturaleza polar o no polar de las moléculas.

Procedimiento:

1. Con las estructuras de las moléculas de HCl (ácido clorhídrico), CO2 (dióxido de carbono), H2O (agua), NH3 (amoníaco) y CCl4 (tetra- cloruro de carbono), que realizaste en la actividad B, identifica qué tipo de atracción intermolecular se da entre cada una de ellas.

2. Luego, representa estas moléculas con el modelo de esferas y barras, utilizando bolitas de plastilina (o materiales similares), o bien con el modelo molecular con globos. Haz al menos dos de cada molécula.

3. Indica en cada molécula los dipolos formados, y si son perma- nentes o inducidos.

4. Señala cómo se da la atracción entre los dipolos de cada par de moléculas idénticas.

5. Posteriormente investiga cuáles son los puntos de ebullición de es- tas sustancias moleculares; compáralos y deduce quién presenta la mayor y la menor fuerza de atracción intermolecular.

6. Presenta tus resultados a tus compañeros y docente.

Plastilina de colores.

Palillos de madera.

Vejigas de colores.

Materiales:

Sal

Iones disueltos

Azúcar

Moléculas disueltas

+ +

( :B=N.O.F ) :B- -A -Mδ- δ- δ-

Fuerzas de

dispersión Dipolo - dipolo

inducido Ion - dipolo Dipolo - dipolo

inducido Enlace de Ion - dipolo

hidrógeno Incremento de la fuerza intermolecular

Referencias

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