Hoy vamos a explicar en profundidad qué son las fuerzas de van der Waals, un tipo de fuerza intermolecular que vale la pena conocer a fondo para poder comprender mejor muchos aspectos que nos rodean en nuestra vida cotidiana.
Las fuerzas intermoleculares son las que se crean entre moléculas, estas pueden generar atracción o repulsión, pero son las que permiten que las sustancias tengan diferentes propiedades físicas, como por ejemplo, el estado de agregación de la materia, la tensión superficial, la densidad, la solubilidad o el punto de ebullición. Estas fuerzas son consideradas débiles, sin embargo, suelen ser muy numerosas y son determinantes para el comportamiento de muchas sustancias.
Las fuerzas de van der Waals, también conocidas como interacciones de van der Waals, reciben este nombre en honor al físico Johannes Diderik van der Waals, premio Nobel de Física en el año 1910, quien fue el primero en tener en cuenta estas fuerzas en las ecuaciones de estado de los gases.
Las fuerzas de van der Waals son fuerzas intermoleculares
Actualmente, se denominan fuerzas de van der Waals a cualquier fuerza de atracción que se dé entre moléculas. Pero estas fuerzas de atracción se producen entre moléculas neutras, es decir, que no tienen carga, y se dan tanto en moléculas polares como en las moléculas no polares.
Esquema representativo de las fuerzas de van der Waals que se establecen entre los dipolos. Fuente: Ciencia Today
Aunque se utiliza el término fuerzas de van der Waals de forma genérica para referirse a las fuerzas de atracción intermoleculares, pueden diferenciarse tres subtipos de estas fuerzas en función de las características de la atracción:
- Fuerzas de Keesom o dipolo-dipolo (Puentes de hidrógeno)
- Fuerzas de Debye o dipolo-dipolo inducido
- Fuerzas de London o dipolo instantáneo-dipolo inducido (Fuerzas de dispersión)
Las fuerzas de Keesom o dipolo-dipolo
Hablamos de que una molécula es un dipolo cuando sus electrones se distribuyen de forma asimétrica de tal forma que se crean como dos regiones, que se denominan polos, uno con las cargas positivas y el otro con las cargas negativas. Esto ocurre normalmente porque la molécula está formada por átomos que tienen una electronegatividad diferente, así, los electrones suelen colocarse alrededor del átomo más electronegativo.
Cuando dos dipolos se acercan, se producirá una fuerza de atracción entre el polo positivo de una y el polo negativo de la otra, denominada fuerza de Keesom o fuerza dipolo-dipolo. Esta fuerza será mayor cuanto mayor sea la diferencia de electronegatividad entre los átomos que forman la molécula.
Un ejemplo muy concreto y de gran relevancia para la biología de este tipo de fuerzas de Keesom son los puentes de hidrógeno. Estos enlaces de hidrógeno son un tipo de interacción dipolo-dipolo y tienen lugar cuando el hidrógeno está unido de forma covalente al oxígeno, al nitrógeno o al flúor.
Los enlaces de estos elementos de la tabla periódica con el hidrógeno forman moléculas muy polares debido a que los electrones que comparten los átomos para formar las moléculas son atraídos por el núcleo del átomo más electronegativo, debido a que estos átomos tienen un núcleo con muchas más cargas positivas que el hidrógeno. De esta forma el hidrógeno se queda como un polo de cargas positivas que podrá formar fuerzas de interacción con los polos negativos de las otras moléculas.
La fuerza de un puente de hidrógeno es débil y se calcula que está entre los 2 y los 10 Kcal/mol, no obstante, debido a su gran abundancia, participan en gran medida en la cohesión entre moléculas. Sin ir más lejos, el agua le debe muchas de sus propiedades a estos puentes de hidrógeno. La tensión superficial tan marcada del agua o el elevado punto de ebullición son debidos al gran número de enlaces de hidrógeno que se establecen entre las diferentes moléculas de agua.
Fuerzas de Debye o dipolo-dipolo inducido
Las fuerzas de Debye tienen lugar entre una molécula no polar y una molécula polar. Lo que ocurre en este caso es que alguna de las cargas de una molécula polar crea una ligera distorsión en la nube de electrones de la otra molecula no polar, de tal forma que la convierte, de forma transitoria, en una molécula polar y se denomina dipolo inducido. Justo en ese momento, se genera una fuerza de atracción entre las moléculas, que recibe el nombre de fuerzas dipolo-dipolo inducido.
Fuerzas de London o dipolo instantáneo-dipolo inducido
Las fuerzas de London se dan, sobre todo, entre moléculas no polares y son el resultado de la distribución aleatoria de la nube de electrones alrededor del núcleo de los átomos. Cuando se forma un dipolo instantaneo en una molécula, provoca la formación de un dipolo inducido en la molécula de al lado, de tal forma que se genera una fuerza de atracción transitoria entre ambas moléculas.
Las fuerzas de van der Waals permiten que los geckos puedan caminar sobre superficies lisas como las paredes, los techos o los cristales. Sus pies tienen unas estructuras muy especializadas que aumentan de forma considerable la superficie de contacto y se unen como si de un velcro se tratara a las paredes, mediante fuerzas de van der Waals.
Hasta aquí la explicación de qué son las fuerzas de van der Waals, esperamos que ahora lo tengas un poco más claro. Si tienes alguna duda, nos encontrarás en los comentarios.
