Comprendere le forze intermolecolari e i legami chimici

Transizione di stato dei gas

Il vapore acqueo, l'azoto, l'ossigeno dell'aria e tutti gli altri gas passano allo stato liquido, in condizioni opportune di pressione e temperatura. Se raffreddati ulteriormente, possono solidificare. Tra una molecola e un'altra devono quindi agire forze di coesione che prevalgono sull'agitazione termica delle molecole e le mantengono vicine. Tali forze sono chiamate intermolecolari. Le forze intermolecolari sono forze di natura elettrostatica che mantengono le molecole vicine tra loro. I legami chimici tra le molecole possono essere classificati in tre diverse categorie in ragione del tipo di forza che interviene tra esse:

⦁ Forze dipolo-dipolo;

⦁ Forze di London;

⦁ Legame a idrogeno;

Molecole polari e apolari

Cosa sono le molecole polari e apolari?

Il cloroformio, l'acqua sono costituiti da molecole polari, mentre quelle del diossido di carbonio e del tetracloruro di carbonio non lo sono. E' la particolare geometria di ciascuna di esse che diversifica il loro comportamento. Per capire come dobbiamo ricordare che ogni legame covalente polare origina un dipolo elettrico.

un dipolo e' un sistema che ha due poli elettrici, con uguale carica q ma di segno opposto, separati da una certa distanza d.

Un dipolo elettrico è caratterizzato dal suo momento dipolare che è definito da prodotto:

µm= qd

Il momento dipolare è una grandezza vettoriale. La sua unità di misura è il deybe ( 1D=3,34 X 10-30 Coloumb x metro). L'acqua ha un momento dipolare di 1,85 D.

Una molecola e' polare se la somma dei momenti dipolari di tutti i suoi legami e' diversa da zero.

Esperimento sui liquidi polari

Un esperimento per distinguere i liquidi polari da quelli apolari è il seguente: Una bacchetta elettrizzata attrae le molecole polari, come quelle di acqua, acetone e alcool, ma non attira quelle apolari. Il campo elettrico della bacchetta è in grado di orientare le molecole polari del liquindi in modo tale che il loro polo positivo sia rivolto verso il polo negativo e viceversa. E' noto che i solventi sciolgono bene le sostanze che hanno caratteristihe simili alle loro. I solventi apolari sciolgono composti formati da molecole apolari. I solventi polari solubilizzano molecole polari.

Le forze dipolo-dipolo e le forze di london

Forze dipolo-dipolo

Le forze dipolo-dipolo sono forze di attrazione che agiscono fra dipoli elettrici in qualsiasi stato fisico essi si trovino. sono interazioni deboli, i natura elettrostatica, significative solo se i dipoli sono vicini. Si dice, per questo, che sono interazioni a raggio corto. Le molecole polari, come l'acqua, possiedono un momento dipolare diverso da zero e sono quindi DIPOLI PERMANENTI. E' possibile che le molecole si orientino con l'estremintà positiva verso quella negativa e che quindi si attraggano. Forze attrattive simili si possono verificare anche tra molecole apolari, per effetto della loro geometria.

I legami elettrostatici fra dipoli permanenti sono chiamati forze dipolo-dipolo.

Forze di London

Non ci sono invece dipoli permanenti in molecole costituite da atomi uguali, come H2 e N2, oppure in gas nobili monoatomici. A causa del moto caotico degli elettroni, la carica elettrica della molecola può risultare per brevissimo istante sbilanciata. Gli elettroni possono, infatti, addensarsi da una parte soltanto della molecola, che per quell'istante, diventa un dipolo elettrico. A un dipolo di questo tipo si dà il nome di dipolo temporaneo. Esso genera un campo elettrico capace di rendere polari le molecole vicine, cioè di creare un momento dipolare indotto. Fra un dipolo temporaneo e l'altro si stabiliscono forze attrattive dette forze di London.

Le forze di london sono dovute all'attrazione fra i dipoli temporanei di molecole vicine.

Il legame a idrogeno

Legame a idrogeno

Il legame a idrogeno è un'interazione dipolo-dipolo molto particolare, che trova la sua massima espressione nelle molecole di acqua. Ha origine dalla differenza di elettronegatività fra l'atomo di ossigeno e l'atomo di idrogeno. L'ossigeno dell'acqua possiede una parziale carica negativa, e i due idrogeni una parziale carica positiva. Per questo motivo, ogni atomo di idrogeno è attratto dall'atomo di ossigeno di una molecola vicina, più in particolare da uno dei suoi doppietti elettronici non condivisi. La forza attrattiva che si stabilisce fra l'idrogeno di una molecola e l'ossigeno della molecola vicina è chiamato legame a idrogeno. Il legame a idrogeno non si forma soltanto fra molecole di acqua, ma fra tutte le molecole che abbiano i seguenti requisiti:

⦁ Ci deve essere l'idrogeno;

⦁ Doppietti liberi dell'atomo legato all'idrogeno;

⦁ L'atomo legato all'idrogeno deve essere piccolo (O,N,F);

Il legame a idrogeno e' una forza attrattiva che si stabilisce fra molecole che contengono un atomo di idrogeno legato covalentemente a un atomo piccolo, molto elettronegativo e con una o piu' coppie elettroniche libere.