Teorias De Los Atmoos

TEORIAS

FUERZAS INTERMOLECULARES E INTRAMOLECULARES

En la publicación “Teoría cinético molecular de gases, sólidos y líquidos”, les conté sobre las propiedades de los gases, sólidos y líquidos, en función de la teoría cinético molecular. Pero el estudio de la cinética molecular, no es más que el estudio de las fuerzas intermoleculares; es decir, elestudio de las fuerzas de atracción entre las moléculas. Estas fuerzas son las responsables del comportamiento no ideal en gases, pero tienen mayor peso en las fases sólida y líquida. Por ejemplo, a medida que la temperatura de un gas disminuye, las moléculas pierden energía cinética molecular (es decir pierden velocidad de movimiento), y ya no tienen la energía necesaria para librarse de la atracción intermolecular. En este momento, las moléculas se agregan y forman pequeñas gotas de líquido; es decir, el gas se condensa.

A diferencia de las fuerzas intermoleculares, las fuerzas intramoleculares, son aquellas que mantienen juntos a los átomos que forman una molécula. Estas fuerzas estabilizan a las moléculas individuales, mientras que las fuerzas intermoleculares son las responsables de las propiedades macroscópicas de la materia (densidad, punto de ebullición). Las fuerzas intermoleculares son más débiles que las intramoleculares, por ello se requiere menos energía para evaporar un líquido que para romper los enlaces de sus moléculas. Por ejemplo, para evaporar 1 mol de agua en su punto de ebullición se necesitan 41 KJ de energía y para romper los dos enlaces OH en 1 mol de agua se necesitan 930 KJ de energía.

Como dije la magnitud de las fuerzas intermoleculares, influye en las propiedades de las sustancias. Por ejemplo, si se necesita más energía para separar las moléculas de la sustancia A, que de la sustancia B, es porque las moléculas de A están unidas por fuerzas intermoleculares de mayor fuerza que las moléculas de B. Por lo tanto, el punto de ebullición de A será mayor que el de B.

Las propiedades de la materia, dependerán de las fuerzas intermoleculares que estén en juego.Existen diversos tipos de fuerzas intermoleculares: fuerzas dipolo-dipolo, dipolo-dipolo inducidoy fuerzas de van der Waals. Los iones y dipolos se atraen entre sí mediante fuerzas electrostáticas conocidas como fuerzas ión-dipolo. El puente de hidrógeno, es un tipo de atracción dipolo-dipolo particularmente fuerte. Según la fase de una sustancia, la naturaleza de los enlaces químicos y los tipos de elementos que la componen, podrán actuar diferentes tipos de interacciones. En publicaciones posteriores se tratarán las interacciones individualmente.

FUERZAS INTERMOLECULARES

En principio se debe distinguir qué es un Enlace Químico, siendo éstas las fuerzas que mantienen a los átomos unidos formando las moléculas. Y que existen dos tipos de enlaces químicos, los enlaces covalentes (en donde los átomos comparten dos electrones) y las interacciones débiles no covalentes (interacciones débiles entre iones, moléculas y entre partes de las moléculas).

La diferencia entre un enlace covalente e interacciones débiles no covalentes es que los enlaces covalentes son los responsables de las estructuras primarias, definen la composición e identidad de cada biopolímero y las "configuraciones" que adopta cada grupo molecular, mientras que las interacciones débiles no covalentes son las responsables de la complejidad de las conformaciones que caracterizan la arquitectura molecular de las macromoléculas biológicas y los complejos supraestructurales, es decir, las interacciones intramoleculares (átomos o grupos moleculares dentro de las macromoléculas) e intermoleculares, por lo que son fundamentales para las funciones biológicas. 1

Las interacciones débiles no covalentes se les llama "débiles" porque representan la energía que mantienen unidas a las especies supramoleculares y que son considerablemente más débiles que los enlaces covalentes. Las interacciones no covalentes fundamentales son:

• El enlace de hidrógeno (antiguamente conocido como puente de hidrógeno)

• Las fuerzas de Van der Waals, que podemos clasificar a su vez en:

• Dipolo - Dipolo.

• Dipolo - Dipolo inducido.

• Fuerzas de dispersión de London.

• En 1967 el químico francés Jean-Marie Lehn 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”. 2

• 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.

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• Enlace de hidrógeno[editar • editar código]

• Artículo principal: Enlace por puente de hidrógeno

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• El enlace de hidrógeno ocurre cuando un átomo de hidrógeno es enlazado a un átomo fuertemente electronegativo como el nitrógeno, el oxígeno o el flúor.3 El átomo de hidrógeno posee una carga positiva parcial y puede interactuar con otros átomos electronegativos en otra molécula (nuevamente, con N, O o F). Así mismo, se produce un cierto solapamiento entre el H y el átomo con que se enlaza (N, O o F) dado el pequeño tamaño de estas especies. Por otra parte, cuanto mayor sea la diferencia de electronegatividad entre el H y el átomo interactuante, más fuerte será el enlace. Fruto de estos presupuestos obtenemos un orden creciente de intensidad del enlace de hidrógeno: el formado con el F será de mayor intensidad que el formado con el O, y éste a su vez será más intenso que el formado con el N. Estos fenómenos resultan en una interacción estabilizante que mantiene ambas moléculas unidas. Un ejemplo claro del enlace de hidrógeno es elagua:

• Los enlaces de hidrógeno se encuentran en toda la naturaleza. Proveen al agua de sus propiedades particulares, las cuales permiten el desarrollo de la vida en la Tierra. Los enlaces de hidrógeno proveen también la fuerza intermolecular que mantiene unidas ambas hebras en una molécula de ADN.

• Es un tipo especial de interacción dipolo-dipolo entre el átomo de hidrógeno que está formando un enlace polar, tal como N—H, O—H, ó F—H, y un átomo electronegativo como O, N ó F. Esta interacción se representa de la siguiente forma:

• A—H•••B A—H•••A

• A y B representan O, ó F; A—H es una molécula o parte de una molécula y B es parte de otra. La línea de puntos representa el enlace de hidrógeno.

• La energía media de un enlace de hidrógeno es bastante grande para ser una interacción dipolo-dipolo (mayor de 40 KJ/mol). Esto hace que el enlace de hidrógeno sea una de gran importancia a la hora de la adopción de determinadas estructuras y en las propiedades de muchos compuestos.

• Las primeras evidencias de la existencia de este tipo de interacción vinieron del estudio de los puntos de ebullición. Normalmente, los puntos de ebullición de compuestos que contienen a elementos del mismo grupo aumentan con el peso molecular. Pero, como se puede observar en la figura, los compuestos de los elementos de los Grupos 15, 16 y 17 no siguen esta norma. Para cada uno de los grupos, los compuestos de menos peso molecular (NH3, H2O, HF) tienen el punto de ebullición más alto, en contra de lo que se podría esperar en principio. Ello es debido a que existe algún tipo de interacción entre las moléculas en estado líquido que se opone al paso al estado de vapor. Esa interacción es el enlace de hidrógeno, y afecta a los primeros miembros de la serie pues son los más electronegativos, y por ello el enlace X-H es el más polarizado, lo que induce la mayor interacción por puente de hidrógeno. Los puentes de hidrógeno son especialmente fuertes entre las moléculas de agua y son la causa de muchas de las singulares propiedades de esta sustancia. Los compuestos de hidrógeno de elementos vecino al oxígeno y de los miembros de su familia en la tabla periódica, son gases a la temperatura ambiente: CH4, NH3, H2S, H2Te, PH3, HCl. En cambio, el H2O es líquida a la temperatura ambiente, lo que indica un alto grado

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