Legami deboli e stati di aggregazione: guida ai solidi e forze intermolecolari

LEGAMI DEBOLI

Tra le varie specie chimiche possono instaurarsi anche interazioni deboli come i LEGAMI AD

IDROGENO e i LEGAMI DIPOLARI.

LEGAME AD IDROGENO

Il legame ad idrogeno è caratterizzato da un’energia di ordine 10-60 kJ/mol e si origina quando un

atomo di idrogeno si lega contemporaneamente o ‘’fa da ponte’’ tra due atomi A e B, dove A e B

sono atomi fortemente elettronegativi e di piccole dimensioni (come N, O, F, Cl).

A - H B

····

Nello specifico, l’atomo di idrogeno, avendo un’alta densità di carica positiva, può attrarre l’estremità

negativa di un’altra molecola.

ESEMPI:

Differentemente a quello che si può pensare, inoltre, il legame ad idrogeno è diffusissimo: ne è un

esempio significativo l’acqua, dove le molecole si aggregano l’una all’altra mediante ponti a idrogeno (in

modo particolarmente accentuato allo stato solido e liquido). Nel ghiaccio, per esempio, ogni molecola

d'acqua forma 4 legami ad idrogeno don altre 4 molecole d’acqua, dando luogo ad una struttura

tetraedrica che, essendo molto aperta, comporta una densità minore di quella dell’acqua allo stato

liquido.

Tra le specie che possono dar luogo a questo tipo di legame ci sono: l’acido fluoridrico HF, l’ammoniaca

, composti organici come gli alcoli R-OH, gli acidi carbossilici R-COOH…

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PROPRIETA’ INFLUENZATE DAI LEGAMI AD IDROGENO:

La presenza dei legami ad idrogeno provoca un aumento molto sensibile delle temperature di

ebollizione e di fusione delle sostanze; si nota, in particolare nell’acqua, che le temperature di

ebollizione e di fusione sono abnormi se paragonate a quelle di altre specie chimiche e questo è proprio

dovuto al legame idrogeno.

Altre proprietà fisiche influenzate dalla presenza dei legami ad idrogeno sono i calori di fusione e

di vaporizzazione, che risultano particolarmente elevate per HF, e dove, durante le

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trasformazioni di fase, si assiste anche alla rottura dei legami ad idrogeno intermolecolari.

LEGAMI DIPOLARI

I legami dipolari sono dovuti ad interazioni tra molecole o tra ioni e molecole di natura essenzialmente

elettrostatica, alla cui origine sta il fatto che ogni carica elettrica (come uno ione o un dipolo elettrico

associato ad una molecola) genera un campo elettrico nel quale si orientano eventuali dipoli presenti,

oltre ad indurre cariche elettriche di segno opposto sia in molecole di per sé polari sia in molecole

apolari.

Le interazioni dipolari possono essere suddivise in INTERAZIONI IONE-DIPOLO, più forti, e

INTERAZIONI DI VAN DER WAALS, più deboli.

INTERAZIONI IONE-DIPOLO: interazioni elettrostatiche che vanno a stabilirsi tra la carica dello ione

e il dipolo delle molecole circostanti. Uno dei principali fenomeni caratterizzati da questo tipo di

interazione è l’idratazione dei cationi in acqua. + −

Se si considera, per esempio, una soluzione acquosa di NaCl, gli ioni e in essa presenti in

seguito al processo di dissoluzione del solido cristallino NaCl non esistono liberi, ma come ioni idratati.

Nel caso, quindi, di composti ionici (NaCl) in solventi polari (H2O) assistiamo ad una vera e propria

idratazione del catione in acqua!

La formazione di queste specie è dovuta, in particolare, al fatto che le molecole d’acqua, essendo

assimilabili a dipoli elettrici, quando sono in presenza di un campo elettrico tendono ad orientarsi e a

esercitare un’azione attrattiva nei confronti dello ione. Le interazioni ione-dipolo tendono, inoltre, ad

abbassare l’energia del sistema.

LE INTERAZIONI DI VAN DER WAALS

: le interazioni di Van der Waals sono forze di attrazione a

corto raggio di natura elettrostatica e che si instaurano tra molecole in fase gas, liquida o solida. Tra

queste ci sono:

- interazioni dipolo-dipolo (tipica delle molecole polari)

- interazioni dipolo-dipolo indotto (tipica nelle molecole polari e apolari)

-interazioni dipolo istantaneo-dipolo indotto , Forze di London (tipica delle molecole apolari)

LE INTERAZIONI DIPOLO-DIPOLO: Queste interazioni si verificano tra molecole polari, ovvero quelle

che possiedono un momento dipolare, ed hanno origine dall’interazione tra dipoli permanenti.

LE INTERAZIONI DIPOLO-DIPOLO INDOTTO: Si verificano tra molecole polari e apolari. Il campo

elettrico associato alla molecola d’acqua…

LE INTERAZIONI DIPOLO ISTANTANEO-DIPOLO INDOTTO (FORZE DI LONDON): Queste forze

sono dovuti a degli spostamenti di carica che danno origine a dipoli istantanei, che a loro volta generano

dipoli indotti. Come abbiamo già accennato, sono interazioni che si instaurano tra molecole apolari.

Occorre ricordare, inoltre, che la forza di attrazione elettrostatica che si esercita tra due ioni di carica

opposta diminuisce di un fattore 1/d2 all’aumentare della distanza che li separa. Le interazioni

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dipolo-dipolo sono efficaci solo per distanze di separazione molto piccole (variano come ); le forze

1/

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di London sono estremamente deboli ed operano a distanze ancora minori ( ).

1/

Se si considera la media nel tempo, la nuvola elettronica di un atomo è perfettamente simmetrica, ma in

un dato istante può addensarsi maggiormente da un lato ed in un istante immediatamente successivo

può spostarsi all’altra estremità. Ciò determina la comparsa di un momento di dipolo elettrico istantaneo

variabile nel tempo e mediamente nullo. Ciascun dipolo ista