Chimica - solidi, liquidi e passaggi di stato

Solidi, liquidi e passaggi di stato

Stati della materia

Solido; – liquido; – gassoso – la differenza principale è la distanza e i legami tra le particelle.

Forze intermolecolari

Forze intramolecolari

Legami covalenti – forti, direzionali (200 kJ/mol).

Forze intermolecolari

Più deboli, meno direzionali (<50 kJ/mol) => condizionano alcune proprietà fisiche della materia. Generalmente i legami intermolecolari sono molto più deboli degli intramolecolari: es: 41 kJ per vaporizzare una mole di H₂O – 930 kJ per rompere tutti gli O-H in 1 mole di H₂O.

Tipi di interazione tra molecole

• Interazioni dipolo-dipolo;
• Forze di dispersione o di Van der Waals;
• Forze di London;
• Legami (ponte) idrogeno;
• Interazione ione-dipolo;

Tutti questi tipi di legame sono dipendenti dalla distanza.

Energia potenziale

Gli atomi/molecole a grande distanza hanno EP=0; – EP<0 quando entrano in gioco le forze intermolecolari; – EP minima è un compromesso tra le forze intermolecolari e repulsive; – EP >0 quando dominano le forze repulsive.

Interazione ione-dipolo

L'energia di quest'interazione è direttamente proporzionale alla carica dello ione (-z) e al momento dipolare μ e inversamente proporzionale al quadrato della distanza: => la forza dell'interazione aumenta al diminuire della distanza.

Es: composto elettrolita in H₂O, come NaCl: la potenza dell'acqua vince l'energia reticolare dell'NaCl: => fenomeno di idratazione. Cationi più piccoli e con maggiori cariche sono idratati più facilmente di quelli più grandi; es: Li e Na esistono quasi sempre nella forma idratata; per cationi più grossi la forza dell'interazione è minore. Es: NH₄⁺ sarà sempre anidro.

Interazione dipolo-dipolo

L'energia (E) è direttamente proporzionale alle cariche dei due elementi e inversamente proporzionale al cubo delle distanze (per solidi). Per i gas e i liquidi è inversamente proporzionale alla distanza elevata alla sesta. Interazione tra dipoli elettrici di molecole polari, è più debole della forza attrattiva di ioni; l'attrazione è tra le cariche parziali dei dipoli. Sono favorevoli interazioni testa-testa e interazioni laterali. La rotazione delle molecole diminuisce le interazioni. L'interazione dipolo-dipolo è indice del punto di ebollizione diverso delle varie sostanze.

Forze di dispersione o dipoli istantanei e forza di London

• Tra ione e dipolo momentaneamente indotto;
• Dipolo e dipolo istantaneo in una molecola apolare;
• Interazioni tra dipoli istantanei;

Caratteristiche

Queste forze aumentano con l'aumentare del peso molecolare; agiscono tra tutti i tipi di molecole; molecole piccole e apolari con pochi elettroni producono forze deboli; hanno intensità maggiore se cilindriche piuttosto che sferiche; l'energia di queste interazioni è direttamente proporzionale al prodotto della polarizzabilità delle molecole e inversamente proporzionale alla distanza alla sesta.

Es: Elio: gli elettroni si trovano occasionalmente nella stessa zona dell'orbitale.