Conceptos Fundamentales de Enlace y Fuerzas Intermoleculares

Conceptos Clave en Enlace y Interacciones Moleculares

Carácter Iónico

El carácter iónico de un enlace se puede estimar mediante la siguiente fórmula:

% Carácter Iónico: 100[1 - e^{(-0.25) (Δχ)²}]

Donde Δχ es la diferencia de electronegatividad entre los átomos enlazados (electronegatividad del segundo átomo menos la del primero).

• Si Δχ = 1.7, el Carácter Iónico es aproximadamente 50%.
• Si Δχ > 1.7, el Carácter Iónico es > 50%. Esto indica un enlace polar con mayor carácter iónico.
• Si Δχ < 1.7, el Carácter Iónico es < 50%.

La escala de Pauling está basada en el enlace químico.

Electronegatividad

La electronegatividad es la capacidad de un átomo en una molécula para atraer electrones hacia sí mismo. Es una propiedad de un átomo dentro de una molécula.

Energía de Enlace vs. Interacción Débil

Toda interacción entre moléculas es débil en comparación con los enlaces químicos.

• Energía > 100 KJ/mol ---> Enlace Químico
• Energía < 100 KJ/mol ---> Interacción Débil (Fuerzas Intermoleculares)

Molécula Polar

Una molécula polar posee polos, uno con carga parcial negativa y otro con carga parcial positiva, debido a una distribución asimétrica de la densidad electrónica.

Fuerzas Intermoleculares

Orden de fuerza de las interacciones intermoleculares (1 = más fuerte, más estable; 5 = menos fuerte, menos estable):

1. Ion-Dipolo: Se produce entre un ion y una molécula polar. La interacción es mayor cuanto más cargado esté el ion y menor sea la distancia. Mayor carga en una distancia pequeña implica mayor atracción e interacción.

   Cuando el ion atrae fuertemente al entorno (ej. moléculas de agua), las ordena y disminuye la entropía (ΔS). Ejemplo: Sales disueltas en H₂O. Son fuerzas de corto alcance (dependencia ~1/r²).

2. Puentes de Hidrógeno: Un tipo especial de interacción dipolo-dipolo fuerte. Se da entre un átomo de hidrógeno unido covalentemente a un átomo pequeño y muy electronegativo (N, O, F) y un par de electrones no enlazantes de otro átomo electronegativo (N, O, F) en una molécula cercana.

   En la molécula de H₂O, los enlaces H-O-H son enlaces covalentes. Los puentes de hidrógeno se forman entre varias moléculas de agua (H-O-H----H-O-H). El oxígeno de una molécula (con carga parcial negativa) interactúa con el hidrógeno de otra molécula (con carga parcial positiva).

3. Dipolo-Dipolo: Ocurre entre moléculas polares. Los electrones son atraídos con más fuerza por el átomo más electronegativo, creando polos. La molécula se mantiene unida por la atracción entre polos de carga opuesta de moléculas vecinas. Ejemplo: Mezcla de dos disolventes polares. Son fuerzas de corto alcance (dependencia ~1/r³).

4. Ion-Dipolo Inducido: Se produce cuando un ion se acerca a una molécula apolar y modifica temporalmente su densidad electrónica, induciendo un dipolo transitorio. Ejemplo: KI disuelto en agua (aunque el resultado final es disociación iónica, la interacción inicial puede ser Ion-Dipolo Inducido). Son fuerzas de muy corto alcance (dependencia ~1/r⁴).

5. Dipolo-Dipolo Inducido: Ocurre entre una molécula polar y una molécula apolar. La molécula polar deforma la nube electrónica de la molécula apolar, induciendo un dipolo temporal que permite la interacción. Son fuerzas débiles. Ejemplo: Interacción entre agua y alcanos. Son fuerzas de alcance extremadamente corto (dependencia ~1/r⁶).

6. Dipolo Instantáneo - Dipolo Inducido (Fuerzas de Dispersión de London): Se dan entre moléculas apolares. Aunque en promedio la distribución electrónica es simétrica, en cualquier instante puede haber una distribución desigual, creando un dipolo instantáneo. Este dipolo instantáneo puede inducir un dipolo en una molécula cercana, generando una atracción débil y transitoria. Ejemplo: Interacción entre moléculas de Cl₂.

   A mayor número de electrones en la molécula, mayor es su polarizabilidad y, por lo tanto, mayor es la fuerza de las interacciones de London. Son fuerzas de alcance extremadamente corto (dependencia ~1/r⁶).

Otros Conceptos Relacionados

Radio de Van der Waals

El radio de Van der Waals es la distancia que mide la interacción entre átomos o moléculas que no están enlazados químicamente, sino que solo interactúan a través de sus nubes electrónicas. No implica la formación de un enlace.

Esfera de Solvatación

La esfera de solvatación se refiere a las moléculas de disolvente (ej. agua) que rodean y estabilizan un ion o una molécula en disolución.

Hidrólisis

La hidrólisis es una reacción química en la cual el agua reacciona con otra sustancia, rompiendo uno de sus enlaces químicos. Es como si el agua "rompiera" el enlace de la otra molécula.

Factores que favorecen la hidrólisis:

• A mayor carga y menor radio del ion, mayor es la hidrólisis.

¿Cómo saber si hay hidrólisis? Si la reacción modifica el pH de la disolución.

• Cationes suelen causar hidrólisis ácida (liberan H⁺).
• Aniones suelen causar hidrólisis básica (liberan OH⁻).

Un catión más polarizante (que atrae fuertemente los electrones) tiende a causar una hidrólisis más ácida.

Anfolito

Un anfolito es una sustancia que puede actuar como ácido o como base, dependiendo de con qué otra sustancia reaccione. Ejemplo: H₂O.

Nota: Los metales (especialmente sus iones) pueden incrementar la acidez del agua al hidrolizarse.