1. 11
Fuerzas
intermoleculares,
líquidos y sólidos

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Fuerzas
intermoleculares
Estados de la materia
La diferencia fundamental entre los estados de la
materia es la distancia entre las partículas.

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Fuerzas
intermoleculares
Estados de la materia
Debido a que en los estados líquido y sólido
las partículas están cercanas entre sí, nos
referimos a ellos como fases condensadas.

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Fuerzas
intermoleculares
Estados de la materia
• El estado en el que se
encuentra una sustancia
a una temperatura y
presión particulares
depende de dos
entidades antagónicas:
– La energía cinética de las
partículas.
– La fuerzas de las
atracciones entre las
partículas.

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Fuerzas
intermoleculares
Fuerzas intermoleculares
Las atracciones entre moléculas no son por
mucho tan intensas como las atracciones
intermoleculares que mantienen unidos a los
compuestos.

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Fuerzas
intermoleculares
Fuerzas intermoleculares
Sin embargo, son lo suficientemente intensas
para controlar las propiedades físicas, como
los puntos de ebullición y fusión, presiones
de vapor y viscosidades.

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Fuerzas
intermoleculares
Fuerzas intermoleculares
A estas fuerzas intermoleculares como grupo
se les conoce como fuerzas de van der
Waals.

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Fuerzas
intermoleculares
Fuerzas de van der Waals
• Interacciones dipolo-dipolo
• Puentes de hidrógeno
• Fuerzas de dispersión de London

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Fuerzas
intermoleculares
Interacciones ión-dipolo
• Las interacciones ión-dipolo (un cuarto tipo de
fuerza), son de importancia en las disoluciones
de iones.
• La intensidad de estas fuerzas hace posible que
las sustancias iónicas se disuelvan en
disolventes polares.

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Fuerzas
intermoleculares
Interacciones dipolo-dipolo
• Las moléculas que tienen
dipolos permanentes se
atraen entre sí.
– El extremo positivo de una
es atraído al extremo
negativo de la otra y
viceversa.
– Estas fuerzas únicamente
son importantes cuando las
moléculas están cercanas
unas de otras.

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Fuerzas
intermoleculares
Interacciones dipolo-dipolo
Mientras más polar la molécula, más alto su
punto de ebullición.

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Fuerzas
intermoleculares
Fuerzas de dispersión de
London
Mientras que los electrones en el orbital 1s
del helio se repelen entre sí (y, por lo tanto,
tiendan a mantenerse alejados unos de
otros), sucede que ocasionalmente giran
sobre el mismo lado del átomo.

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Fuerzas
intermoleculares
Fuerzas de dispersión de
London
Por tanto, en ese instante el átomo de helio
es polar, con un exceso de electrones en el
lado izquierdo y una carencia en el lado
derecho.

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Fuerzas
intermoleculares
Fuerzas de dispersión de
London
Por tanto, otro helio cercano tendría un dipolo
inducido en él, ya que los electrones en el lado
izquierdo del átomo de helio 2 repelen los
electrones en la nube del átomo de helio 1.

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Fuerzas
intermoleculares
Fuerzas de dispersión de
London
Las fuerzas de dispersión de London, o
fuerzas de dispersión, son las atracciones
entre un dipolo instantáneo y un dipolo
inducido.

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Fuerzas
intermoleculares
Fuerzas de dispersión de
London
• Estas fuerzas están presentes en todas las
moléculas, ya sean polares o no polares.
• A la tendencia de una nube de electrones a
distorsionarse de esta forma se le llama
polarizabilidad.

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Fuerzas
intermoleculares
Factores que afectan las fuerzas
de London
• La forma de la molécula afecta la
intensidad de las fuerzas de
dispersión: las moléculas grandes y
delgadas (como el n-pentano)
tienden a tener fuerzas de
dispersión más intensas que las
cortas y gruesas (como el
neopentano).
• Esto se debe a la mayor área de
contacto en el n-pentano.

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Fuerzas
intermoleculares
Factores que afectan las fuerzas
de London
• La intensidad de las fuerzas de dispersión tiende
a aumentar con pesos moleculares mayores.
• Los átomos grandes tienen nubes de electrones
más grandes, las cuales son más fáciles de
polarizar.

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Fuerzas
intermoleculares ¿Cuál tiene un efecto mayor?
• Si dos moléculas son de tamaño y forma
comparables, las interacciones dipolo-
dipolo serán probablemente la fuerza
dominante.
• Si una de las moléculas es mucho más
grande que la otra, las fuerzas de
dispersión probablemente determinarán
sus propiedades físicas.
Las interacciones dipolo-dipolo o las fuerzas de dispersión

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Fuerzas
intermoleculares
¿Cómo se explica esto?
• La serie no polar
(SnH4 a CH4) sigue
la tendencia
esperada.
• La serie polar sigue
la tendencia del
H2Te al H2S, pero el
agua es una gran
anomalía.

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Fuerzas
intermoleculares
Puentes de hidrógeno
• Las interacciones dipolo-dipolo
experimentadas cuando el H se
enlaza a N, O o F son
inusualmente intensas.
• Llamamos a estas interacciones
puentes de hidrógeno.

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Fuerzas
intermoleculares
Puentes de hidrógeno
• Los puentes de
hidrógeno surgen, en
parte, de la alta
electronegatividad del
nitrógeno, oxígeno y
flúor.
También, cuando el hidrógeno se enlaza a alguno
de esos elementos muy electronegativos, se
expone su núcleo.

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Fuerzas
intermoleculares
Resumen de las fuerzas
intermoleculares

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Fuerzas
intermoleculares
Las fuerzas intermoleculares
afectan varias propiedades físicas
La intensidad de las
atracciones entre
las partículas puede
afectar
enormemente las
propiedades de una
sustancia o
disolución.

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Fuerzas
intermoleculares
Viscosidad
• A la resistencia de un
líquido a fluir se le
llama viscosidad.
• Está relacionada con
la facilidad con la que
las moléculas pueden
moverse entre sí.
• La viscosidad aumenta
con fuerzas
intermoleculares
intensas y disminuye
con temperaturas más
altas.

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Fuerzas
intermoleculares
Tensión superficial
La tensión
superficial resulta de
la fuerza interna
neta experimentada
por las moléculas en
la superficie de un
líquido.

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Fuerzas
intermoleculares
Cambios de fase

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Fuerzas
intermoleculares
Cambios de energía asociados
con cambios de estado
El calor de fusión es la energía requerida
para cambiar un sólido en su punto de fusión
a un líquido.

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Fuerzas
intermoleculares
Cambios de energía asociados
con cambios de estado
El calor de vaporización se define como la
energía requerida para cambiar un líquido en
su punto de ebullición a un gas.

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Fuerzas
intermoleculares
Cambios de energía asociados
con cambios de estado
• El calor adicionado al
sistema en los puntos de
fusión y de ebullición hace
que las moléculas se
alejen unas de otras.
• La temperatura de la
sustancia no se eleva
durante un cambio de
fase.

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Fuerzas
intermoleculares
Presión de vapor
• Algunas moléculas en un líquido tienen la
energía suficiente para escapar a cualquier
temperatura.
• A medida que la temperatura se eleva, la
fracción de moléculas que tienen la energía
suficiente para escapar aumenta.

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Fuerzas
intermoleculares
Presión de vapor
A medida que más
moléculas escapan
del líquido, la
presión que
ejercen aumenta.

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Fuerzas
intermoleculares
Presión de vapor
El líquido y el vapor
alcanzan un estado
de equilibrio
dinámico: las
moléculas del
líquido se evaporan
y las moléculas del
vapor se condensan
a la misma
velocidad.

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Fuerzas
intermoleculares
Presión de vapor
• El punto de ebullición
de un líquido es la
temperatura a la que
su presión de vapor es
igual a la presión
atmosférica.
• El punto de ebullición
normal es la
temperatura a la que
su presión de vapor es
de 760 torr.

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Diagramas de fases
Los diagramas de fases muestran el estado
de una sustancia a varias presiones y
temperaturas y los lugares donde existe
equilibrio entre las fases.

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Fuerzas
intermoleculares
Diagramas de fases
• La línea encerrada en un círculo es la
interfase líquido-vapor.
• Inicia en el punto triple (T), el punto en el
que los tres estados están en equilibrio.

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Fuerzas
intermoleculares
Diagramas de fases
Termina en el punto crítico (C); sobre esta
temperatura y esta presión críticos el líquido
y el vapor no pueden diferenciarse uno del
otro.

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intermoleculares
Diagramas de fases
Cada punto a lo largo de esta línea es el punto
de ebullición de la sustancia a esa presión.

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intermoleculares
Diagramas de fases
• La línea encerrada en un círculo en el diagrama
abajo es la interfase entre líquido y sólido.
• A lo largo de esta línea puede encontrarse el
punto de fusión a cada presión.

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Fuerzas
intermoleculares
Diagramas de fases
• Debajo del punto triple la sustancia no puede existir
en el estado líquido.
• A lo largo de la línea encerrada en un círculo las
fases sólida y gaseosa están en equilibrio; el punto
de sublimación a cada presión está a lo largo de
esta línea.

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Fuerzas
intermoleculares
Diagrama de fases del agua
• Observe la temperatura y
presión críticas altas.
– Esto se debe a la
intensidad de las fuerzas
de van der Waals entre las
moléculas de agua.

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intermoleculares
Diagrama de fases del agua
• La pendiente de la línea
sólido-líquido es
negativa.
– Esto significa que a
medida que se aumenta la
presión a una temperatura
justo debajo del punto de
fusión, el agua cambia de
sólido a líquido.

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Diagrama de fases del dióxido
de carbono
El dióxido de carbono
no puede existir en el
estado líquido a
presiones debajo de
5.11 atm; el CO2 se
sublima a presiones
normales.

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intermoleculares
Diagrama de fases del dióxido
de carbono
La temperatura y
presión críticas bajas
para el CO2 hacen al
CO2 supercrítico un
buen disolvente para
la extracción de
sustancias no
polares (como la
cafeína).

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intermoleculares
Sólidos
• Podemos dividir a
los sólidos en dos
grupos:
1. Cristalinos. En los
que las partículas
están en arreglos
altamente
ordenados.

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Sólidos
• Podemos dividir a
los sólidos en dos
grupos:
2. Amorfos. En los
que no existe un
orden en el
arreglo de las
partículas.

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Atracciones en los cristales
iónicos
En los cristales
iónicos, los iones se
empacan de tal
manera que
maximizan las
atracciones y
minimizan las
repulsiones entre los
iones.

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Sólidos cristalinos
Debido al orden en
un cristal, podemos
enfocarnos en el
patrón repetitivo del
arreglo llamado celda
unitaria.

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intermoleculares
Sólidos cristalinos
Existen varios tipos de arreglos básicos en
los cristales, como los mostrados arriba.

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intermoleculares
Sólidos cristalinos
Podemos
determinar la
fórmula empírica de
un sólido iónico
determinando
cuántos iones de
cada elemento
quedan dentro de la
celda unitaria.

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intermoleculares
Sólidos iónicos
• ¿Cuáles son las fórmulas empíricas de estos
compuestos?
– (a) Verde: cloro; Gris: cesio
– (b) Amarillo: azufre; Gris: zinc
– (c) Gris: calcio; Azul: flúor
CsCl ZnS CaF2
(a) (b) (c)

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Fuerzas
intermoleculares
Tipos de enlaces en los
sólidos cristalinos

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Fuerzas
intermoleculares
Red covalente y sólidos
moleculares
• Los diamantes son un ejemplo de un sólido de red
covalente, en el que los átomos están enlazados
covalentemente entre sí.
– Tienden a ser duros y a tener puntos de fusión altos.

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intermoleculares
Red covalente y sólidos
moleculares
• El grafito es un ejemplo de un sólido molecular,
en el que los átomos se mantienen juntos a
través de fuerzas de van der Waals.
– Tienden a ser blandos y a tener puntos de fusión
más bajos.

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Fuerzas
intermoleculares
Sólidos metálicos
• Los metales no están
enlazados en forma
covalente, pero la
atracción entre los átomos
es tan fuerte como para
ser fuerzas de van der
Waals.
• En los metales los
electrones de valencia
están deslocalizados a lo
largo del sólido.

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ponerse a disposición de los estudiantes, aunque aquí se exceptúa a los instructores
que usen en sus clases el texto que la acompaña. Se espera que todos los
receptores de la obra acaten tales restricciones, así como que cumplan los
propósitos pedagógicos y las necesidades de otros instructores que confían en
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