»

Las fuerzas que unen las moléculas

Qué es lo que hace que los átomos se unan para formar moléculas y qué hace que éstas se unan entre sí para formar cadenas y estructuras complejas?

Valiéndose de la química y de la física, el ser humano ha venido desarrollado una serie de teorías que buscan explicar lo que hace que la materia se organice “luchando en contra del natural principio de aumento de entropía” (léase segunda ley de la termodinámica) y de lugar al surgimiento de moléculas y macromoléculas (cadenas organizadas, polímeros) que últimamente conforman los elementos de los cuales están constituidas las células y la materia viva (pared celular, proteínas, DNA, RNA, etc.) y que son la base de estudio de la biología molecular.

Los actores principales que explican el surgimiento de este tipo de “fuerzas de organización de la materia” son los electrones, y más precisamente, los electrones de valencia. Los electrones se han concebido como unas cargas eléctricas presentes en la materia y que -arbitrariamente- se han llamado “negativas”, en oposición a otras cargas contrarias denominadas “positivas” y que conforman una dualidad necesaria para mantener un equilibrio (fuerzas iguales se repelen, fuerzas contrarias se atraen). Los electrones de valencia se encuentran localizados en la “última capa” de los átomos, lo que les confiere mayor libertad de movimiento. Son también los encargados de explicar la tendencia de la materia al combinarse de buscar alcanzar un estado de menor actividad (mayor estabilidad). Los átomos al combinarse buscan alcanzar un estado parecido al de los gases nobles (llamados también inertes porque difícilmente reaccionan con otro elemento). Esto es lo que se conoce como ley del octeto (1917): los átomos buscan alcanzar una configuración de 8 electrones en su último nivel de energía.

Fuerzas intramoleculares

Las fuerzas que se crean gracias al desplazamiento de los electrones de valencia hacen que se formen diferentes tipos de enlaces entre los átomos. Estos tipos de enlaces, considerados intramoleculares, se han clasificado en dos grandes grupos: enlaces iónicos y enlaces covalentes.

Los enlaces iónicos son los que se presentan generalmente en compuestos inorgánicos (son los que permiten que las sales existan) mientras que los enlaces covalentes se presentan por lo general, dan origen y base a, los compuestos orgánicos, son los que permiten la vida.

Los enlaces iónicos son enlaces fuertes que se dan cuando los electrones son “arrancados” de un átomo a otro. Dan lugar a cristales. Se presentan entre un metal y un no-metal y cuando la diferencia de electronegatividad (capacidad para dar o recibir electrones) entre los dos tipos de átomos es mayor de 1. Ej. Entre el Na (0.9) y el Cl (3.0), cuya diferencia de electronegatividades es de 2.1 y cuya unión da lugar a una sal.

Los enlaces covalentes se dan cuando los electrones son compartidos entre los átomos. Es un tipo de enlace más débil que el enlace iónico y es el que en realidad da lugar a lo que se conoce con el nombre de moléculas.

Los enlaces covalentes pueden ser no-polares o polares. Un caso de enlace no-polar se da generalmente entre átomos del mismo tipo. Por ejemplo entre átomos de hidrógeno se crea una molécula conformada por la unión de dos átomos (H2) donde cada uno comparte un electrón con el otro, llegando a un nivel de mayor estabilidad. Un caso de enlace covalente polar se da en la creación del ácido clorhídrico (HCl). El electrón del hidrógeno se une con un electrón del cloro y forman un electrón-par que mantiene los dos átomos unidos, pero este electrón-par va a pasar más tiempo en el lado del núcleo de cloro que tiene más protones que el núcleo de hidrógeno que sólo tiene uno. Esto hace que, aunque la molécula sea eléctricamente neutra, el extremo donde se encuentra el cloro aparezca con carga negativa (el electrón pasa más tiempo en este lado) mientras que el extremo donde se encuentra el hidrógeno aparezca con carga positiva.

Cuando una molécula que es internamente neutra aparece con dos extremos cargados (molécula polar) se conoce con el nombre de dipolo. La presencia de moléculas polares puede comprobarse experimentalmente sometiéndolas a un campo magnético. Al estar unidos por fuerzas covalentes los átomos de la molecula no se separan bajo la acción del campo magnético dando lugar a una migración de cargas sino que la molécula gira sobre su eje orientándose con respecto al campo.

Fuerzas intermoleculares:

- Interacción dipolo-dipolo: El extremo cargado positivamente de un dipolo atrae el extremo negativo del otro dipolo formando un tipo de atracción especial conocida como interacción dipolo-dipolo.

- Puentes de hidrógeno (hydrogen bonds): es un tipo de interacción dipolo-dipolo que se da entre el hidrógeno y otros átomos con alta electronegatividad como el oxígeno, el nitrógeno o el flúor. Este tipo de unión es más fuerte que las fuerzas de van der Waals pero más débil que las uniones covalentes. Es el tipo de unión que se da entre las moléculas del agua y lo que le da su estado líquido (es el tipo de unión que se rompe cuando se hierve y lo que le da su elevado punto de ebullición de 100 °C). Son también las fuerzas que permiten el compactamiento del DNA.

- Fuerzas de van der Waals: son fuerzas que permiten explicar la atracción entre moléculas no-polares. Se dan instantáneamente entre átomos debido al movimiento de los electrones. En un momento determinado los electrones de un átomo pueden estar ubicados en un extremo y ésto hace que se cree un dipolo instantáneo generando una fuerza de atracción (o repulsión) sobre los electrones o el núcleo del otro átomo. En realidad las fuerzas de van der Waals son un conjunto de fuerzas entre las que se incluyen las fuerzas de Londres (The London dispersion force) y otras más, y sirven para explicar el comportamiento químico de muchos compuestos orgánicos.

- Fuerzas hidrófobas: se dan cuando las moléculas están en contacto con el agua. Son las que ocurren en la pared de la membrana celular. También son importantes para entender la estructura y plegamiento de algunas proteínas. Son menos fuertes que las interacciones dipolo-dipolo, pero más fuertes que las fuerzas de van der Waals.

- Enlace peptídico (peptide bond): es un tipo de enlace covalente que ocurre generalmente entre aminoácidos.

- Puentes disulfuro: es un tipo de enlace covalente que se da entre dos átomos de azufre. Es muy importante en la estructura y plegamiento de las proteínas.

A grandes rasgos, de esto trató la segunda clase de biología molecular.

———

Este tipo de fuerzas no explican lo que mantiene a los átomos de los metales unidos (en metales no se habla de moléculas) o lo que les da las propiedades de conducción eléctrica. El tipo de interacción que se da entre los átomos de los metales es llamado enlace metálico.

This work is licensed under a Creative Commons Attribution-Noncommercial-Share Alike 3.0 Unported License.
(c) 2014 blah} | powered by WordPress with Barecity