Elemento | radio ( Å ) |
---|---|
Hidrógeno | 1,2 (1,09) [1] |
Carbón | 1,7 |
Nitrógeno | 1,55 |
Oxígeno | 1,52 |
Flúor | 1,47 |
Fósforo | 1.8 |
Azufre | 1.8 |
Cloro | 1,75 |
Cobre | 1.4 |
Radios de Van der Waals tomados de la compilación de Bondi (1964). [2] Los valores de otras fuentes pueden diferir significativamente ( ver texto ) |
La superficie de Van der Waals de una molécula es una representación abstracta o modelo de esa molécula, que ilustra dónde, en términos muy aproximados, podría residir una superficie para la molécula según los cortes duros de los radios de Van der Waals para átomos individuales, y representa una superficie a través de la cual la molécula podría concebirse interactuando con otras moléculas. [ cita requerida ] También conocida como envoltura de Van der Waals, la superficie de Van der Waals lleva el nombre de Johannes Diderik van der Waals , un físico teórico y termodinámico holandés que desarrolló la teoría para proporcionar una ecuación de estado líquido-gasque explicaba el volumen no nulo de átomos y moléculas, y en que exhibían una fuerza de atracción cuando interactuaban (construcciones teóricas que también llevan su nombre). Las superficies de Van der Waals son, por lo tanto, una herramienta utilizada en las representaciones abstractas de moléculas, ya sea a las que se accede, como originalmente, mediante cálculo manual, o mediante modelos físicos de madera / plástico, o ahora digitalmente, mediante software de química computacional . En términos prácticos, los modelos CPK , desarrollados y nombrados en honor a Robert Corey , Linus Pauling y Walter Koltun , [3] fueron los primeros modelos moleculares físicos ampliamente utilizados basados en radios de Van der Waals, y permitieron un amplio uso pedagógico y de investigación de un modelo que mostraba las superficies de las moléculas de Van der Waals.
Volumen de Van der Waals y superficie de Van der Waals
Relacionadas con el concepto del título están las ideas de un volumen de Van der Waals , V w , y un área de superficie de Van der Waals, abreviadas de diversas formas como A w , vdWSA, VSA y WSA. [ cita requerida ] Un área de superficie de Van der Waals es una concepción abstracta del área de superficie de átomos o moléculas a partir de una estimación matemática, ya sea calculándola a partir de los primeros principios o integrándola sobre un volumen de Van der Waals correspondiente. En el caso más simple, para un gas monoatómico esférico, es simplemente el área de la superficie calculada de una esfera de radio igual al radio de Van der Waals del átomo gaseoso:
.
El volumen de Van der Waals , un tipo de volumen atómico o molecular, es una propiedad directamente relacionada con el radio de Van der Waals y se define como el volumen ocupado por un átomo individual, o en un sentido combinado, por todos los átomos de una molécula. . Puede calcularse para átomos si se conoce el radio de Van der Waals, y para moléculas si se conocen los radios de sus átomos y las distancias y ángulos interatómicos. Como se indicó anteriormente, en el caso más simple, para un gas monoatómico esférico, V w es simplemente el volumen calculado de una esfera de radio igual al radio de Van der Waals del átomo gaseoso:
.
Para una molécula, V w es el volumen encerrado por la superficie de Van der Waals ; por tanto, el cálculo de V w supone la capacidad de describir y calcular una superficie de Van der Waals. Los volúmenes de Van der Waals de moléculas son siempre menores que la suma de los volúmenes de Van der Waals de sus átomos constituyentes, debido al hecho de que las distancias interatómicas resultantes del enlace químico son menores que la suma de los radios atómicos de Van der Waals. En este sentido, una superficie de Van der Waals de una molécula diatómica homonuclear puede verse como una superposición pictórica de las dos superficies esféricas de Van der Waals de los átomos individuales, igualmente para moléculas más grandes como metano, amoníaco, etc. (ver imágenes).
Los radios y volúmenes de Van der Waals pueden determinarse a partir de las propiedades mecánicas de los gases (el método original, que determina la constante de Van der Waals ), desde el punto crítico (por ejemplo, de un fluido), a partir de mediciones cristalográficas del espacio entre pares de átomos en cristales, o de medidas de propiedades eléctricas u ópticas (es decir, polarizabilidad o refractividad molar ). En todos los casos, las mediciones se realizan en muestras macroscópicas y los resultados se expresan como cantidades molares . Los volúmenes de Van der Waals de un solo átomo o moléculas se obtienen dividiendo los volúmenes determinados macroscópicamente por la constante de Avogadro . Los diversos métodos dan valores de radio que son similares, pero no idénticos, generalmente dentro de 1–2 Å (100–200 pm ). Los valores tabulados útiles de los radios de Van der Waals se obtienen tomando una media ponderada de varios valores experimentales diferentes y, por esta razón, se verá que diferentes tablas presentan valores diferentes para el radio de Van der Waals del mismo átomo. Además, se ha argumentado que el radio de Van der Waals no es una propiedad fija de un átomo en todas las circunstancias, sino que variará con el entorno químico del átomo. [2]
Galería
Amoníaco, NH 3 , relleno de espacios, representación basada en Van der Waal, nitrógeno (N) en azul, hidrógeno (H) en blanco.
Fosfina, PH 3 , relleno de espacios, representación basada en Van der Waal, modelo de bola y palo superpuesto, fósforo (P) en naranja, hidrógeno (H) en blanco.
Un modelo de relleno de espacio de n- octano , el hidrocarburo de cadena lineal (normal) compuesto por 8 carbonos y 18 hidrógenos, fórmulas: CH 3 CH 2 (CH 2 ) 4 CH 2 CH 3 o C
8H
18. Tenga en cuenta que el representante que se muestra es de una única "pose" conformacional de una población de moléculas, que, debido a las bajas barreras de energía de Gibbs a la rotación alrededor de sus enlaces carbono-carbono (dando a la "cadena" de carbono una gran flexibilidad). normalmente se compone de un gran número de diferentes conformaciones (por ejemplo, en solución).Un ejemplo de un modelo tridimensional, que llena el espacio, basado en Van der Waal de una molécula compleja, el THC , el agente activo de la marihuana medicinal. Es posible que deba hacer clic en la imagen para ver la rotación.
Sulfuro de hidrógeno, H 2 S, relleno de espacios, representación basada en Van der Waal, modelo de bola y palo superpuesto, azufre (S) en amarillo, hidrógeno (H) en blanco sombreado con azul. También muestra en su superficie la superficie del potencial electrostático (calculada para la molécula de manera desconocida), utilizando herramientas de química computacional . Está sombreado de azul para áreas electropositivas a rojo para áreas electronegativas .
Ver también
- Fuerza de Van der Waals
- Molécula de Van der Waals
- Radio de Van der Waals
- Cepa Van der Waals
Referencias y notas
- ^ Rowland RS, Taylor R (1996). "Distancias de contacto intermoleculares no adheridas en estructuras cristalinas orgánicas: comparación con distancias esperadas de radios de Van der Waals". J. Phys. Chem . 100 (18): 7384–7391. doi : 10.1021 / jp953141 + .
- ^ a b Bondi, A. (1964). "Volúmenes y radios de Van der Waals". J. Phys. Chem. 68 (3): 441–51. doi : 10.1021 / j100785a001 .
- ^ Robert B. Corey y Linus Pauling, 1953, "Modelos moleculares de aminoácidos, péptidos y proteínas", Rev. Sci. Instrum. , 24 (8), págs. 621–627, DOI 10.1063 / 1.1770803, véase [1] , consultado el 23 de junio de 2015.
Otras lecturas
- DC Whitley, gráficos de superficie y forma molecular de Van der Waals , Journal of Mathematical Chemistry , volumen 23, números 3-4, 1998, págs. 377–397 (21).
- M. Petitjean, Sobre el cálculo analítico de superficies y volúmenes de Van der Waals: algunos aspectos numéricos , Journal of Computational Chemistry , Volumen 15, Número 5, 1994, págs. 507–523.
enlaces externos
- VSA para varias moléculas por Anton Antonov, The Wolfram Demonstrations Project , 2007.
- Radios de Van der Waals , Glosario de biología estructural, Biblioteca de imágenes de macromoléculas biológicas.
- Cálculo analítico de superficies y volúmenes de Van der Waals.