PRÁCTICA DE LABORATORIO: Relación entre Propiedades Físicas y Fuerzas Intermoleculares

 

Relación entre Propiedades Físicas y Fuerzas Intermoleculares

 

1. Introducción

Las propiedades físicas de las sustancias dependen en gran medida de las fuerzas intermoleculares presentes entre sus moléculas. Estas interacciones incluyen fuerzas de dispersión de London, interacciones dipolo-dipolo y enlaces de hidrógeno. Aunque son más débiles que los enlaces químicos intramoleculares, tienen gran influencia sobre propiedades como solubilidad, viscosidad, volatilidad, punto de ebullición y miscibilidad.

Las sustancias no polares presentan predominantemente fuerzas de dispersión de London, mientras que las sustancias polares pueden presentar interacciones dipolo-dipolo o enlaces de hidrógeno dependiendo de los grupos funcionales presentes.

En esta práctica se estudiará experimentalmente la relación entre estructura molecular, polaridad y fuerzas intermoleculares utilizando diferentes compuestos orgánicos disponibles en el laboratorio.

 

2. Objetivo general

Relacionar experimentalmente las propiedades físicas de diferentes sustancias con el tipo de fuerzas intermoleculares presentes en ellas.

 

3. Objetivos específicos

• Identificar sustancias polares y no polares.
• Comparar la miscibilidad de distintos compuestos con agua.
• Analizar la influencia de las fuerzas intermoleculares sobre la volatilidad.
• Relacionar viscosidad y polaridad molecular.
• Diferenciar sustancias con enlaces de hidrógeno de aquellas que presentan fuerzas de dispersión de London.

 

4. Fundamento teórico

4.1 Fuerzas intermoleculares

Las fuerzas intermoleculares son atracciones que ocurren entre moléculas y afectan directamente las propiedades físicas de las sustancias.

Las principales fuerzas intermoleculares son:

a) Fuerzas de dispersión de London

Son interacciones débiles presentes en todas las moléculas, especialmente importantes en sustancias no polares como:

• n-hexano
• ciclohexano
• benceno
• parafina líquida

4.2 Interacciones dipolo-dipolo

Ocurren entre moléculas polares debido a diferencias de electronegatividad.

Ejemplos:

• acetofenona
• diclorometano
• dietilamina

4.3 Enlaces de hidrógeno

Son interacciones relativamente fuertes que ocurren cuando el hidrógeno está enlazado a oxígeno o nitrógeno.

Ejemplos:

• etanol
• metanol
• alcohol isopropílico
• fenol
• ácido acético

4.4 Influencia sobre propiedades físicas

Las fuerzas intermoleculares influyen sobre:

• Solubilidad
• Punto de ebullición
• Volatilidad
• Viscosidad
• Miscibilidad

Las sustancias con fuerzas intermoleculares más fuertes suelen presentar:

• mayor viscosidad,
• menor volatilidad,
• y mayor punto de ebullición.

 

5. Materiales y reactivos

Materiales

• Tubos de ensayo
• Gradilla
• Pipetas o goteros
• Vasos de precipitados
• Papel absorbente
• Cronómetro
• Varillas de agitación
• Marcador
• Bata de laboratorio
• Gafas de seguridad
• Guantes

Reactivos

• Agua
• Etanol
• Metanol
• Alcohol isopropílico
• Tertbutanol
• Fenol
• Anilina
• Dietilamina
• Acetofenona
• n-Hexano
• Ciclohexano
• Benceno
• Diclorometano
• Parafina líquida
• Aceite de oliva
• Ácido acético glacial

 

6. Procedimiento experimental

Parte A: Miscibilidad y polaridad

1. Rotule ocho tubos de ensayo como A1–A8.
2. Agregue 3 mL de agua a cada tubo.
3. Añada 1 mL de las siguientes sustancias:

• A1: Etanol
• A2: Metanol
• A3: Alcohol isopropílico
• A4: Acetofenona
• A5: n-Hexano
• A6: Ciclohexano
• A7: Benceno
• A8: Aceite de oliva

4. Agite suavemente.
5. Deje reposar durante 2 minutos.
6. Observe si se forma una o dos fases.
7. Registre las observaciones.

 

Parte B: Comparación de volatilidad

1. Coloque una gota de cada sustancia sobre papel absorbente:

• Metanol
• Etanol
• Alcohol isopropílico
• Dietiléter
• n-Hexano
• Acetona (si está disponible)

2. Observe el tiempo aproximado de evaporación.
3. Ordene las sustancias de mayor a menor volatilidad.
4. Relacione los resultados con las fuerzas intermoleculares presentes.

 

Parte C: Comparación de viscosidad

1. Coloque 2 mL de cada sustancia en tubos separados:

• Agua
• Etanol
• Alcohol isopropílico
• Parafina líquida
• Aceite de oliva

2. Incline simultáneamente los tubos al mismo ángulo.
3. Observe la velocidad de flujo.
4. Compare la viscosidad relativa de las sustancias.

 

Parte D: Interacción entre sustancias polares y no polares

1. Prepare las siguientes mezclas:

• Agua + n-hexano
• Agua + benceno
• Agua + diclorometano
• Agua + etanol
• Agua + acetofenona

2. Agite cada mezcla.
3. Observe si se forman una o dos fases.
4. Explique los resultados según la polaridad molecular y el tipo de interacción intermolecular.

 

7. Registro de datos

Experimento	Sustancia evaluada	Observaciones	Fuerza predominante	Resultado
A	Etanol + agua		Enlace de hidrógeno
A	Metanol + agua		Enlace de hidrógeno
A	n-Hexano + agua		London
A	Ciclohexano + agua		London
A	Benceno + agua		London
A	Acetofenona + agua		Dipolo-dipolo
B	Volatilidad		Según sustancia
C	Viscosidad		Según sustancia
D	Agua + diclorometano		Dipolo-dipolo
D	Agua + etanol		Enlace de hidrógeno

 

8. Resultados y análisis

El estudiante deberá:

• Identificar sustancias polares y no polares.
• Relacionar estructura molecular y propiedades físicas.
• Explicar la miscibilidad observada en cada sistema.
• Comparar volatilidad y viscosidad entre sustancias.
• Relacionar las propiedades observadas con el tipo de fuerza intermolecular predominante.
• Explicar el principio “lo semejante disuelve a lo semejante”.

 

9. Conclusiones

Redacte conclusiones sobre:

• La relación entre polaridad y miscibilidad.
• La influencia de las fuerzas intermoleculares sobre la volatilidad.
• La relación entre viscosidad y cohesión molecular.
• Diferencias entre sustancias polares y no polares.
• Importancia de las fuerzas intermoleculares en las propiedades físicas.

 

10. Cuestionario

1. ¿Qué son las fuerzas intermoleculares?
2. ¿Qué diferencia existe entre fuerzas intramoleculares e intermoleculares?
3. ¿Qué son las fuerzas de dispersión de London?
4. ¿Qué sustancias presentaron enlaces de hidrógeno?
5. ¿Por qué el n-hexano no se mezcla con agua?
6. ¿Qué relación existe entre polaridad y solubilidad?
7. ¿Por qué algunas sustancias son más volátiles que otras?
8. ¿Qué sustancia presentó mayor viscosidad?
9. Explique el principio “lo semejante disuelve a lo semejante”.
10. Ordene de menor a mayor intensidad intermolecular: n-hexano, etanol, agua, parafina líquida.

 

11. Normas de seguridad

• Utilizar bata, guantes y gafas de seguridad.
• Trabajar en un área ventilada.
• Evitar inhalar vapores orgánicos.
• Mantener sustancias inflamables alejadas del fuego.
• Evitar contacto directo con anilina y fenol.
• Manipular diclorometano y benceno bajo campana si es posible.
• No ingerir reactivos.
• Desechar residuos orgánicos en recipientes adecuados.
• Lavar las manos al finalizar la práctica.

 

12. Referencias

Brown, T. L., LeMay, H. E., Bursten, B. E., Murphy, C., Woodward, P., & Stoltzfus, M. W. (2018). Química: La ciencia central (13.ª ed.). Pearson.

Chang, R., & Goldsby, K. (2016). Química (12.ª ed.). McGraw-Hill Education.

Petrucci, R. H., Herring, F. G., Madura, J. D., & Bissonnette, C. (2017). Química general: Principios y aplicaciones modernas (11.ª ed.). Pearson.

Zumdahl, S. S., & Zumdahl, S. A. (2014). Chemistry (9th ed.). Cengage Learning.