LAS PROPIEDADES FISICO-QUÍMICAS DE LAS SUSTANCIAS PURAS

Propiedades fisicoquímicas de las sustancias puras
Los tipos de enlaces, la dirección de éstos, rasgos eléctricos y otras cualidades moleculares determinan las propiedades fisicoquímicas de las sustancias.
Parece conveniente referirse en éste momento a la fortaleza comparada de los distintos tipos de enlaces interatómicos. Esto esta dada por la energía necesaria para romper el enlace y ésta a su vez son directamente proporcionales a la energía de estabilización o energía liberada cuando el enlace se forma.
enlace covalente < enlace iónico < enlace metálico
Se presentaran las diferentes sustancias con sus características:
Moléculas gigantes
Son arreglos de átomos, unidos mediante fuerzas de enlace químico (interatómico), en que no está definido el tamaño del sistema. Por lo general son arreglos de gran tamaño y de allí el nombre de la categoría. La proporción de distintos átomos se conoce y se representan estos sistemas por su fórmula empírica.
Hay tres grandes tipos de moléculas gigantes, las de enlace iónico, las de enlace covalente y las de enlace metálico.
Covalentes tridimensionales
Son arreglos tridimensionales de átomos iguales o diferentes unidos por enlaces covalentes y dispuestos en el espacio siguiendo las reglas de la hibridación.
-Son las estructuras más rígidas, duras o resistentes que se conocen.
-Sus temperaturas de fusión son muy altas ( miles de°C) ,en muchos casos se descomponen químicamente por el calor antes de entrar en fusión.
-Son completamente insolubles.
- Un ejemplo típico de ésta categoría el Carbono en su forma de diamante ( hibridación sp3 )
Covalentes bidimensionales
Es cuando la red de enlaces covalentes se teje en dos dimensiones. Los mismos conceptos de infusibilidad e insolubilidad que para las mallas tridimensionales pero no así en lo que se refiere a la dureza pues las fuerzas de atracción entre las mallas bidimensionales es débil. Por esa razón estas sustancias son blandas en el sentido del desprendimiento de las mallas.
El ejemplo típico es el Carbono en su forma de grafito en que los C están hibridizados sp2 ., el grafito es conductor de la corriente eléctrica.
Covalentes unidimensionales
Corresponde a los polímeros, que son largas cadenas de unidades conectadas por enlaces covalentes.
Los homopolímeros que repiten unidades iguales y los copolímeros que repiten unidades distintas
Son cadenas largas llamadas también macromoléculas y por ésta razón es que interaccionan unas con otras de manera significativa. Las interacciones entre macromoléculas son fuerzas de distintos tipos y que veremos más adelante en el caso de moléculas pequeñas.
En los polímeros, en primer término, la fusión y la solubilización están determinadas por la magnitud de las fuerzas de atracción entre las macromoléculas, en principio altas, precisamente por la longitud de las cadenas. Sin embargo, existe un segundo factor determinante, el factor entrópico o desorden que pueden alcanzar las estructuras una vez solubilizadas o fundidas.
Los polímeros flexibles o plegables forman estructuras sólidas bifásicas (cristalinas – amorfas) que son quebradizas, éstas estructuras se pueden disolver o fundir con relativa facilidad pues cuando alcanzan tales estados la macromoléculas están muy enroscadas, plegadas u ovilladas, en suma desordenadas lo que favorece el proceso de separación de las macromoléculas.
En cambio, las macromoléculas rígidas no tienen favorable el factor entrópico y así son dificiles de fundir y solubilizar. Estos polímeros rígidos, en el sólido son monofásicos y de mucha resistencia ( Kevlar).

El grado de endurecimiento o ablandamiento depende de las temperaturas a que se encuentran sometidos los sistemas. Los procesos de ablandamiento sobrevienen en zonas de temperaturas bien definidas para cada tipo de macromoléculas.
Muchas veces las cadenas macromoléculas sintéticas o naturales se conectan entre sí mediante átomos o grupos de átomos enlazados covalentemente ( polímeros reticulados) con propósitos tecnológicos precisos. En estos casos las estructuras resultantes semejan a las redes covalentes bi o tridimensionales y así también son sus propiedades, nula solubilidad y puntos de fusión demasiado elevados que amenazan la estabilidad química de las sustancias
Copolímero de estireno-butadieno (neumáticos) vulcanizado con S. Este tipo de productos son difíciles de recuperar y reutilizar por que constituyen un problema para la ecología por la contaminación del ambiente.
La celulosa es un polímero natural de características estructurales semirígidas y si a ello agregamos que entre las cadenas macromoleculares existen fuerzas de atracción, de alta magnitud, por lo que tienes dificultades para la fusión y la solubilización
Iónicas
En estas moléculas gigantes los átomos están unidos por enlaces iónicos.
-La geometría del arreglo es simple cuando los iones positivos y negativos son monoatómicos y además se encuentran en relación 1:1
-Cuando los iones son complejos, con grandes diferencias de tamaños o la proporción entre ellos no es simple, los arreglos son complicados
-Son estructuras de temperatura de fusión elevadas , alrededor de los 1000°C de acuerdo a la fortaleza del enlace iónico.
- En estado sólido o cristalino, donde los iones se encuentran atrapados no conduce la corriente eléctrica, pero sí la conducen en estado fundido.
Estas estructuras pueden ser solubilizadas, aunque no siempre, mediante solventes con moléculas polares como el caso de agua.
-Los iones disueltos (móviles) constituyen partículas para el flujo eléctrico.
Metálicas
Corresponde al caso de los metales. Los átomos metálicos, al ser muy electropositivos se desprenden de sus electrones de valencia pasando a formar iones positivos. Por su parte los electrones que han perdido su pertenencia a un átomo determinado se mueven entre los iones constituyendo una nube de electrones deslocalizados. Esta nube de electrones que une a iones positivos es el enlace metálico.
La naturaleza de movilidad del enlace metálico confiere a los metales su blandura, es decir los convierte en dúctiles y maleables.
La movilidad de los electrones se traduce en la capacidad de conducción de la corriente eléctrica y también es responsable de la conductividad térmica.


Sustancias moleculares
Son aquellos sistemas formados por moléculas que se encuentran claramente definidas, se conoce el número exacto de átomos y de qué elementos está constituida la molécula.
Se representan por las llamadas fórmulas moleculares reales.
En su gran mayoría las moléculas de ésta categoría unen sus átomos con enlaces covalentes y al expresar esto pensamos en muchas moléculas simples formadas entre no metales y en la inmensa cantidad de compuestos orgánicos constituidos principalmente por los elementos C, H, O, N, P, S.
Las fuerzas intermoleculares son de naturaleza eléctrica, pero las hay de diferente naturaleza y magnitudes pero siempre dependen en definitiva de las características eléctricas, del tamaño y geometría de las moléculas.
En los comentarios generales cabe señalar que estos sistemas no conducen la corriente eléctrica en ningún estado físico y también son malos conductores del calor.
FUERZAS INTERMOLECULARES
TIPO MOLECULAR FUERZA MAGNITUD FENÓMENO SOLUBILIDAD PUNTO DE FUSIÓN Y EBULLICIÓN
APOLAR VAN DER
WAALS DEBIL POLARIZABILIDAD ELECTRONICA SOLVENTE APOLAR MUY BAJOS
POLAR ATRACCIÓN DIPOLO-DIPOLO MEDIANA POLARIDAD MOLECULAR PERMANENTE SOLVENTE POLAR BAJOS
____ X - H
( X= F, O, N ) PUENTE HIDROGENO FUERTE POLARIDAD PERMANENTE LOCALIZADA SOLVENTE POLAR MEDIANOS
Las fuerzas de Van der Waals son comparativamente las fuerzas intermoleculares de menor intensidad pero pueden existir grandes diferencias de sus magnitudes entre moléculas que las poseen como único factor de atracción .Estas diferencias se deben por:
- significativa diferencia del tamaño de las moléculas
- la presencia de átomos de mucha diferencia en la cantidad de electrones o de muy distinta polarizabilidad electrónica.
- la circunstancia de presentar una geometría muy diferente.