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Química orgánica 1 Página 1 de 5 La copia y/o distribución de este contenido está totalmente prohibida bajo el real decreto de 1/1996 del 12 de abril propiedad intelectual. 1 Propiedades fisicoquímicas Guillem de Vicente López 2.Propiedades Fisicoquímicas 2.1. Punto de ebullición Temperatura a la cual un líquido pasa a estado gas. (a presión atmosférica =1). Para conseguir eso, se necesita una energía superior a las fuerzas intermoleculares que existan. Cuanto más grande sea la fuerza intermolecular, mayor será el punto de ebullición de una sustancia. 2.1.1. Fuerzas intermoleculares 1. Interacción iónica: La que se da entre dos iones de carga opuesta. Los compuestos iónicos puedes establecer fuerzas electrostáticas atrayentes entre dos partículas de signo diferente. La sal común (NaCl) es un ejemplo de interacción iónica, donde los iones positivos (Na) y negativos (Cl) forman una unidad, llamada red cristalina. Ej: 2. Puente de hidrógeno: Es un tipo específico de interacción polar que se establece entre dos átomos significativamente electronegativos, generalmente O o N, y un átomo de H, unido covalentemente a uno de los dos átomos electronegativos. En un enlace de hidrógeno tenemos que distinguir entre el átomo DADOR del hidrógeno (aquel al que está unido covalentemente el hidrógeno) y el ACEPTOR, que es al átomo de O o N que tiene pares libres de electrones. Es un tipo de interacción dipolo – dipolo particularmente fuerte. Sólo se observa una formación apreciable de enlaces por puente de hidrógeno en átomos de hidrógeno unidos covalentemente a oxígeno, flúor o nitrógeno. El cloro, en el tercer periodo de la tabla periódica, tiene átomos mucho más voluminosos que el O, N o F. La carga parcial negativa del cloro en un enlace covalente es, consecuentemente, mucho más difusa y no altea a los átomos de hidrógeno tan fuertemente. Puesto que el agua es el principal componente de los seres vivos, es importante comprender esta fuerza. Los puentes de hidrógeno son los responsables de que el agua al cristalizar, su densidad sea menor. También explica porque la molécula de agua con un peso molecular de 18, tenga un punto de ebullición inesperadamente elevado (100ºC), pero el sulfuro de hidrógeno (H2S) con un peso molecular de 34 tiene un punto de ebullición de -62º. Son las fuerzas intermolecular más fuertes que existen. El efecto de este enlace queda demostrado de forma contundente por la diferencia de los puntos de ebullición del etanol y un isómero, el éter dimetílico (78ºC y -24ºC, respectivamente). Química orgánica 1 Página 2 de 5 La copia y/o distribución de este contenido está totalmente prohibida bajo el real decreto de 1/1996 del 12 de abril propiedad intelectual. 2 Propiedades fisicoquímicas Guillem de Vicente López O H H O O H H H H Al representar los puentes de hidrógeno, se debe formar un ángulo de 180º entre el átomo aceptor y el átomo donador. Las moléculas con puentes de hidrógeno son aquellas con grupos alcohol y amina (contienen N y O unido a H y tienen pares libres de electrones). Cuantos más grupos alcohol y amina tenga un compuesto, mayor será su punto de ebullición ya que podrá hacer mayor número de puentes de hidrógeno. 1-propanol 1,3-propanodiol 1,2,3-propanotriol Peb: 97º Peb: 213º Peb: 290º Cuanto más electronegativo es el átomo, más fuerte será en puente de hidrógeno y por lo tanto, mayor será su punto de ebullición. 1-propanamina Peb: 47º 3. Dipolo - dipolo: Las moléculas que presenten momento dipolar podrán establecer interacciones dipolo – dipolo. Cualquier molécula con un átomo diferente a carbono podrá establecer interacciones dipolo – dipolo. Las moléculas con momentos dipolares tienden a colocarse las unas con respecto a las otras de manera que el extremo negativo de una molécula está orientado hacia el extremo positivo de otra. O momento dipolar ≠ 0 Química orgánica 1 Página 3 de 5 La copia y/o distribución de este contenido está totalmente prohibida bajo el real decreto de 1/1996 del 12 de abril propiedad intelectual. 3 Propiedades fisicoquímicas Guillem de Vicente López 4. Fuerzas de Van der Waals: Las fuerzas intermoleculares pueden actuar sobre moléculas no polares. Esto se pone de manifiesto al considerar los puntos de ebullición de metano (-162º, gas a tºC ambiente), hexano (69º, líquido a TºC ambiente) e icosano (punto fusión 36ºC, sólido a TºC ambiente). Estas fuerzas son debidas al movimiento de electrones. El movimiento de los electrones crea pequeñas distorsiones transitorias en la distribución de carga de moléculas no polares. Este pequeño dipolo induce la creación, en una segunda molécula, de otro dipolo, en dirección contraria al primero, que se denomina dipolo inducido. A medida que aumenta el nº de átomos de carbono y H, el efecto aditivo de estas fuerzas débiles se va haciendo más significativo. Las fuerzas de Van der Waals pueden actuar solamente cuando dos moléculas distintas presentan regiones separadas por distancias que no superan ciertos límites. Por esta razón, La forma tridimensional de las moléculas afecta. Por ejemplo, los dos isómeros butano y 2- metilpropano tienen puntos de ebullición diferentes (-0,6ºC y -10,2ºC, respectivamente). Las moléculas de butano tienen una mayor superficie para interaccionar con otras moléculas. 4.1. Fuerzas de London (dipolo instantáneo- dipolo inducido) Todas las moléculas presentan fuerzas de London. Aunque la molécula sea apolar, pueden existir una distribución de carga no totalmente equitativa. Esta distribución no equitativa puede producir un pequeño dipolo en la molécula y éste puede inducir a otra molécula apolar a que se distribuya la carga. De esta manera pueden crearse zonas con mayor o menos densidad electrónica en dos moléculas, lo que permitirá que exista cierta interacción. Cuanto mayor sea el peso molecular y la longitud de la cadena, mayor sea su fuerza de London. Peb metano: -161,5ºC Peb etano: -89ºC Peb propano: -42ºC Peb butano: -1ºC Si la cadena es ramificada tendrá menor fuerza de London comparada con una cadena lineal de igual átomos de carbono. Peb hexano: 68, 7ºC Peb 2,2-dimetilbutano: 50ºC Química orgánica 1 Página 4 de 5 La copia y/o distribución de este contenido está totalmente prohibida bajo el real decreto de 1/1996 del 12 de abril propiedad intelectual. 4 Propiedades fisicoquímicas Guillem de Vicente López 4.2. Dipolo permanente – dipolo inducido: Esto sucede cuando una molécula se índice un dipolo instantáneo e interactua con una molécula que tiene un dipolo permanente. Por ejemplo cuando moléculas de tetracloruro de carbono interactúan con moléculas de agua 2.2. Solubilidad en agua Una molécula será soluble en agua cuando la fuerza de interacción molécula – agua sea mayor que las fuerzas intermoleculares soluto – soluto. La interacción entre las especies disueltas y las moléculas del disolvente se conoce como solvatación. La solvatación desempeña un papel importante en la estabilización de especies iónicas. Por ejemplo, cuando el bromuro de magnesio se disuelve en agua, los iones Mg y Br son solvatados por las moléculas de agua. La constante dieléctrica (ԑ) de un disolvente mide la capacidad del mismo para separar cargas iónicas y, por lo tanto, de disolver compuestos iónicos. El agua tiene una constante dieléctrica elevada (78,5ºC a 25ºC). Se evalúan 3 aspectos para determinar la solubilidad en agua: 1. Compuestos iónicos (interacción ion - dipolo): Se solvatan en agua. La solvatación es el proceso por el cual un ion en una solución forma complejos con moléculas del solvente. 2. Puentes de hidrógeno: Cuantos más puentes de hidrógeno una molécula puedaformar con el agua, mayor será su solubilidad (grupos alcohol, amina, ácido carboxílico…) 3. Relación hidrofilia / liofilia: Cuantos más heteroátomos (átomos ≠ C) y menos átomos de carbono. Mayor será su relación H/L. LogP = [soluto]octanol / [soluto]agua. Mayor LogP mayor liofilia LogP 1-propanol: 0.3 LogP etanol: -0.1 LogP metanol: -0.5 Química orgánica 1 Página 5 de 5 La copia y/o distribución de este contenido está totalmente prohibida bajo el real decreto de 1/1996 del 12 de abril propiedad intelectual. 5 Propiedades fisicoquímicas Guillem de Vicente López 2.3. Disolventes Disolventes orgánicos apolares Tetracloruro de carbono, ciclohexano, hexano, tetrahidrofurano, dioxano… Disolventes orgánicos polares Apróticos: diclorometano o cloruro de metileno Próticos: etanol, metanol…
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