Fundamentos de las Fuerzas Intermoleculares y Enlaces Químicos: Propiedades y Estados de la Materia

Introducción a las Interacciones Químicas

La fuerza intermolecular se refiere a las interacciones que existen entre las moléculas conforme a su naturaleza. Generalmente, la clasificación se realiza de acuerdo con la polaridad de las moléculas que están interaccionando, o sobre la base de la naturaleza de los elementos que las conforman.

Un enlace químico, por otro lado, son las fuerzas que mantienen a los átomos unidos formando las moléculas. Existen dos tipos principales de enlaces químicos:

• Enlaces Covalentes: Donde los átomos comparten electrones (fuerzas intramoleculares fuertes).
• Interacciones Débiles No Covalentes: Interacciones débiles entre iones, moléculas y partes de moléculas (fuerzas intermoleculares).

Las interacciones débiles no covalentes se denominan "débiles" porque la energía que mantienen unidas a las especies moleculares es considerablemente menor que la de los enlaces covalentes.

Diferencia entre Fuerzas Intramoleculares e Intermoleculares

• Fuerza Intramolecular: Fuerza de atracción entre elementos de la misma molécula (ejemplos: covalente, iónico).
• Fuerza Intermolecular: Fuerza de atracción entre moléculas diferentes que pueden ser de distinta o la misma sustancia.

Nota: El punto de fusión y ebullición de una sustancia depende directamente de la intensidad de las fuerzas intermoleculares.

Clasificación de las Interacciones No Covalentes (Intermoleculares)

Las interacciones no covalentes fundamentales son:

1. El Puente de Hidrógeno (antiguamente conocido como enlace por puente de hidrógeno).
2. Las Fuerzas de Van der Waals, que se clasifican a su vez en:
   • Ion-dipolo
   • Dipolo-dipolo
   • Dipolo inducido / Fuerzas de Dispersión de London (conocidas como dipolo instantáneo-dipolo inducido).

Participación de Iones y Moléculas Polares en Interacciones

• Iones Sí / Moléculas Polares No: Enlace iónico (ejemplos: NaCl, CaF₂).
• Iones Sí / Moléculas Polares Sí: Ion-dipolo (ejemplo: KBr en H₂O).
• Iones No / Moléculas Polares Sí:
  • Puentes de Hidrógeno (H unidos a N, O, F; ejemplos: H₂O, NH₃, HF).
  • Dipolo-dipolo (ejemplos: H₂S, CH₂Cl₂).
• Iones No / Moléculas Polares No: Fuerzas de London (ejemplos: Ar, I₂).

Tipos de Enlaces Químicos (Intramoleculares)

La clasificación de los enlaces se basa en la diferencia de electronegatividad (∆E) entre los átomos que los forman:

Enlace Iónico

• Unión: Metal - No metal.
• Criterio de Electronegatividad: Si la diferencia de Electronegatividades (valor absoluto) entre ambos átomos que forman el enlace es mayor a 1,67 (∆E > 1,67), el enlace es iónico.

Enlace Covalente

• Unión: Entre dos o más átomos No Metales.
• Criterio de Electronegatividad: Si la diferencia de Electronegatividades (valor absoluto) entre ambos átomos que forman el enlace es menor a 1,67 (∆E < 1,67), el enlace es covalente.
• Polaridad: Si ∆E es 0, el enlace es no polar; si ∆E es mayor a 0, es polar.

Enlace Metálico

• Unión: Entre dos átomos Metales.
• Criterio de Electronegatividad: Si la diferencia de Electronegatividades (valor absoluto) entre ambos átomos que forman el enlace es cero (∆E = 0), el enlace es metálico.

Nota sobre polaridad: Los átomos con mayor electronegatividad obtienen una polaridad más negativa, atrayendo los electrones compartidos hacia su núcleo.

Relación entre Fuerzas Intermoleculares y Estados de la Materia

Gases

Colección de moléculas separadas por grandes distancias en constante movimiento. La energía de atracción entre las moléculas es muy baja en comparación con su energía cinética. Esto les permite expandirse y llenar el recipiente que los contiene.

Líquidos

Las fuerzas de atracción intermolecular son lo bastante fuertes para mantener juntas a las moléculas. Son más densos y menos compresibles que los gases. Tienen un volumen definido, aunque las fuerzas de atracción no son tan grandes como para evitar el movimiento de las moléculas. Es por eso que los líquidos pueden verterse y asumir la forma del recipiente que los contiene.

Sólidos

Las fuerzas de atracción son lo bastante intensas para mantener juntas las moléculas y fijarlas prácticamente en un sitio. Al igual que los líquidos, no son muy compresibles, ya que las moléculas no tienen mucho espacio libre. Los sólidos con estructuras ordenadas son los denominados cristalinos. Debido a que entre las moléculas del sólido no hay espacio libre, los sólidos son rígidos.

Estabilidad y Razón de la Unión Atómica

¿Por qué se unen los átomos?

Los sistemas materiales tienden a estados que implican baja energía. Los átomos, moléculas, etc., que forman dichos sistemas deben seguir la misma tendencia. Es decir, al unirse logran la máxima estabilidad. Son los electrones de valencia los responsables de esta unión y de la geometría de las sustancias químicas.

Propiedades del Enlace Metálico

El enlace metálico se caracteriza por:

• Partículas Unitarias: Cationes metálicos y electrones de valencia deslocalizados (mar de electrones).
• Fuerzas entre las Partículas: Enlace metálico de intensidad variable (depende del metal).
• Propiedades Físicas:
  • Desde blandos hasta muy duros.
  • Muy buena conductividad térmica y eléctrica.
  • Insolubles en agua (aunque los metales alcalinos reaccionan con ella).
  • Casi todos tienen altos puntos de fusión.
  • Muy alta conductividad eléctrica en estado líquido.