QUÈ SÓN LES FORCES DIPOL DIPOL? - QUIMICA - 2025

Les forces dipol dipol o forces de Keesom són aquelles interaccions intermoleculars presents en molècules amb moments dipolar permanents. És una de les forces de Van der Waals i, encara que està lluny de ser de les més fortes, és un factor clau que explica les propietats físiques de molts compostos.

El terme «dipol» al·ludeix explícitament a dos pols: un de negatiu i un altre positiu. Així, es parla de molècules dipolars quan posseeixen regions definides d'altes i baixes densitats electròniques, la qual cosa només és possible si els electrons "emigren" preferencialment cap a certs àtoms: els més electronegatius.

A la imatge superior es il·lustra les interaccions dipol-dipol entre dues molècules AB amb moments dipolars permanents. Així mateix, es pot observar com s'orienten les molècules perquè les interaccions siguin eficients. D'aquesta manera, la regió positiva δ + atrau la regió negativa δ-.

D'acord amb l'anterior es pot concretar que aquest tipus d'interaccions són direccionals (a diferència de les interaccions iòniques càrrega-càrrega). Les molècules en el seu medi orienten els seus pols de tal manera que, encara que siguin febles, el sumatori de totes aquestes interaccions atorga gran estabilitat intermolecular a l'compost.

Això porta com a conseqüència que els compostos (orgànics o inorgànics) capaços de formar interaccions dipol-dipol exhibeixin punts d'ebullició o de fusió alts.

moment dipolar

El moment dipolar μ d'una molècula és una magnitud vectorial. En altres paraules: depèn de les adreces on hi ha un gradient de polaritat. Com i per què s'origina aquest gradient? La resposta rau en els enllaços i en la naturalesa intrínseca dels àtoms dels elements.

Per exemple, en la imatge superior A és més electronegatiu que B, de manera que a l'enllaç AB la major densitat electrònica es situa entorn a A.

D'altra banda, B "cedeix" el seu núvol electrònic i, per tant, queda envoltat d'una regió pobra en electrons. Aquesta diferència en les electronegativitats entre A i B crea el gradient de polaritat.

Com una regió és rica en electrons (δ-) mentre que l'altra és pobre en electrons (δ +), apareixen els dos pols, que en funció de les distàncies entre ells originen diferents magnituds de μ, la qual es determina per a cada compost.

simetria

Si una molècula de determinat compost presenta un μ = 0, llavors es diu que es tracta d'una molècula apolar (fins i tot si té gradients de polaritat).

Per comprendre com la simetria -i per tant, la geometria molecular- juga un paper important en aquest paràmetre, cal considerar novament l'enllaç AB.

A causa de la diferència dels seus electronegativitats, hi ha regions definides riques i pobres en electrons.

¿I si els enllaços fossin AA o BB? En aquestes molècules no hi hauria cap moment dipolar, ja que tots dos àtoms atrauen cap a ells de la mateixa manera els electrons de l'enllaç (enllaç cent per cent covalent).

Com es pot apreciar en la imatge, ni en la molècula AA ni en la de BB s'observen ara regions riques o pobres en electrons (vermelles i blaves). Aquí un altre tipus de forces és el responsable de mantenir unides A ₂ i B ₂: les interaccions dipol-dipol induïts, també conegudes com a forces de London o forces de dispersió.

Per contra, si les molècules fossin de l'tipus AOA o BOB, hauria repulsions entre els seus pols perquè posseeixen iguals càrregues:

Les regions δ + de dues molècules BOB no permeten una interacció eficient dipol-dipol; el mateix passa per les regions δ- de les dues molècules AOA. Així mateix, tots dos parells de molècules presenten un μ = 0. El gradient de polaritat OA es cancel·la vectorialment amb el de l'enllaç AO.

En conseqüència, en el parell AOA i BOB també entra en joc les forces de dispersió, a causa de l'absència d'una orientació efectiva dels dipols.

Asimetria en molècules no lineals

El cas més simple és el de la molècula CF ₄ (o de l'tipus CX ₄). Aquí, el C té una geometria molecular tetraèdrica i les regions riques en electrons es troben en els vèrtexs, específicament sobre els àtoms electronegatius de F.

El gradient de polaritat CF es cancel·la en qualsevol de les adreces de l'tetraedre, originant que la suma vectorial de tots aquests sigui igual a 0.

Així, tot i que el centre de tetraedre és molt positiu (δ +) i els seus vèrtexs molt negatius (δ-), aquesta molècula no pot formar interaccions dipol-dipol amb altres molècules.

Orientacions dels dipols

En el cas de les molècules lineals AB, aquestes s'orienten de tal manera que formen les interaccions dipol-dipol més eficients (com s'aprecia en la imatge superior). L'anterior és aplicable de la mateixa manera per a altres geometries moleculars; per exemple, les angulars en el cas de les molècules de NO ₂.

Així, aquestes interaccions determinen si el compost AB és un gas, un líquid o un sòlid a temperatura ambient.

En el cas dels compostos A ₂ i B ₂ (els de les el·lipses morades), és molt probable que siguin gasosos. No obstant això, si els seus àtoms són molt voluminosos i fàcilment polaritzables (el que incrementa les forces de London), llavors tots dos compostos poden ser sòlids o líquids.

Com més forts són les interaccions dipol-dipol, major serà la cohesió entre les molècules; de la mateixa manera, majors seran els punts de fusió i d'ebullició de l'compost. Això es deu al fet que es necessiten temperatures superiors per a "trencar" aquestes interaccions.

D'altra banda, un increment de la temperatura fa que les molècules vibrin, rotang i es traslladin amb més freqüència. Aquesta "agitació molecular" perjudica les orientacions dels dipols i, per tant, es debiliten les forces intermoleculars de l'compost.

Interaccions per ponts d'hidrogen

A la imatge superior es mostren cinc molècules d'aigua interaccionant per ponts d'hidrogen. Aquest és un tipus especial d'interaccions dipol-dipol. La regió pobra en electrons l'ocupa l'H; i la regió rica en electrons (δ-) l'ocupen els àtoms altament electronegatius N, O i F.

És a dir, les molècules amb àtoms de N, O, i F enllaçats a H poden formar ponts d'hidrogen.

Així, els ponts d'hidrogen són OHO, NHN i FHF, OHN, nho, etc. Aquestes molècules presenten moments dipolars permanents i molt intensos, els quals les orienten correctament per "aprofitar" a el màxim aquests ponts.

Són energèticament més febles que qualsevol enllaç covalent o iònic. Encara que, la sumatòria de tots els ponts d'hidrogen en la fase d'un compost (sòlid, líquid o gasós) fa que aquest exhibeixi propietats que el defineixin com a únic.

Per exemple, tal és el cas de l'aigua, els ponts d'hidrogen són responsables de la seva gran punt d'ebullició i que en estat de gel sigui menys densa que l'aigua líquida; raó per la qual els icebergs suren en els mars.

referències

1. Dipole-Dipole Forces. Recuperat el 30 de maig de 2018, de: chem.purdue.edu
2. Boundless Learning. Dipole-Dipole Force. Recuperat el 30 de maig de 2018, de: courses.lumenlearning.com
3. Jennifer Roushar. (2016). Dipole-Dipole Forces. Recuperat el 30 de maig de 2018, de: sophia.org
4. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (03 de maig del 2018). What Are Examples of Hydrogen Bonding? Recuperat el 30 de maig de 2018, de: thoughtco.com
5. Mathews, CK, Van Holde, KE i Ahern, KG (2002) Biochemistry. Third edition. Addison Wesley Longman, Inc., P 33.
6. Whitten, Davis, Peck & Stanley. Química. (8va ed.). Cengage Learning, pàg 450-452.
7. User Qwerter. (16 d'abril de 2011). 3D model hydrogen bonds in vàter.. Recuperat el 30 de maig de 2018, de: commons.wikimedia.org