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1Valitutti,Tifi, Gentile, Esploriamo la chimica © Zanichelli editore 2010 Le forze intermolecolari Le forze intermolecolari sono forze di natura elettrostatica.

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1 1Valitutti,Tifi, Gentile, Esploriamo la chimica © Zanichelli editore 2010 Le forze intermolecolari Le forze intermolecolari sono forze di natura elettrostatica che mantengono le molecole vicine tra loro. Sono attrazioni più deboli dei legami veri e propri, poiché si instaurano fra molecole che già possiedono legami capaci di esistere in forma stabile. Sono importanti nel determinare le proprietà fisiche delle sostanze (stati di aggregazione, temperature di fusione, ebollizione,…). Si conoscono due tipi di legami intermolecolari 1. forze dipolo-dipolo e di London; 2. legame a idrogeno.

2 2 Generalità I legami secondari Sono sempre interazioni elettrostatiche Sono interazioni intermolecolari Sono interazioni di tipo fisico – Reversibili: si formano e si rompono con poca spesa energetica e non modificano la natura intima della materia Spiegano il comportamento e le caratteristiche di moltissimi materiali e sostanze

3 FORZE INTERMOLECOLARI Per un gas quale il neon che non forma legami chimici, sarebbe logico attendersi che rimanga gassoso a qualsiasi temperatura. In realtà il neon liquefa a 1 atm a –246°C e a temperature più basse può persino solidificare. Per qualsiasi sostanza il comportamento microscopico nelle transizioni di fase può essere schematizzato:

4 La formazione degli stati solido e liquido per qualsiasi sostanza suggerisce che tra le molecole o atomi di tale sostanza debbano esistere forze molecolari anche se, come nel caso degli atomi di Ne, molto deboli. Queste deboli forze attrattive, generalmente chiamate forze intermolecolari, si esercitano tra gli atomi o tra le molecole di un composto. Le corrispondenti energie di attrazione sono molto inferiori alle energie di legame che legano fra loro gli atomi di una molecola. Ad esempio l’energia di attrazione fra molecole di cloro è molto inferiore all’energia di legame fra i due atomi nella molecola di cloro stessa E(Cl-Cl)=240 kJ/mol E(Cl Cl 2 )=3,0 kJ/mol Le forze intermolecolari sono però molto importanti perchè sono quelle che permettono la formazione dei liquidi e di alcuni tipi di solidi.

5 Uno schema Forze di Van der Waals Legame a idrogeno Interazioni dipolo-dipolo Forze di London

6 3.Le forze dipolo-dipolo e le forze di London Le molecole polari che hanno momento dipolare complessivo diverso da zero, si dicono dipoli permanenti. I legami elettrostatici tra dipoli permanenti sono chiamati forze dipolo-dipolo. Le forze dipolo-dipolo sono forze di attrazione tra dipoli, in qualsiasi stato fisico si trovino. Legame dipolo-dipolo

7 LEGAME DIPOLO - DIPOLO  +  -  +  -  +  -  +  - attrazione repulsione

8 8 Legami dipolo-dipolo Tutte le molecole polari possono formare interazioni dipolo- dipolo con intensità variabile Sono responsabili dello stato fisico di molti materiali H Cl δ-δ- δ+δ+ H δ-δ- δ+δ+ H δ-δ- δ+δ+ H δ-δ- δ+δ+

9 3.Le forze dipolo-dipolo e le forze di London Le forze di London sono interazioni elettrostatiche dovute all’attrazione fra molecole apolari che formano dipoli temporanei a causa dello sbilanciamento della distribuzione degli elettroni. Forze di London Si formano fra molecole non polari; si instaurano perché si può ritenere che, in istanti definiti, il movimento degli elettroni provoca la formazione di dipoli istantanei che cambiano continuamente e polarizzano le molecole vicine.

10 Forze di London Forze elettrostatiche fra dipoli istantanei presentano cariche parziali, dovute alla distribuzione non uniforme nel tempo della densità elettronica attorno ai nuclei. Sono le uniche possibili nel caso di molecole non polari. Anche per le molecole non polari esiste una probabilità che in un certo istante gli elettroni si concentrino casualmente in una parte di un atomo o di una molecola. Di conseguenza è possibile lo spostamento di elettroni in un altro atomo o molecola vicini per produrre un altro dipolo per induzione. Queste forze crescono all’aumentare della massa molecolare (più elettroni) e dipendono anche dalla forma molecolare (maggiori in molecole più allungate e meno simmetriche).

11 11Valitutti,Tifi, Gentile, Esploriamo la chimica © Zanichelli editore 2010 Legame idrogeno Il legame a idrogeno è una forza attrattiva che si instaura tra molecole che contengono un atomo di idrogeno legato covalentemente a un atomo piccolo, molto elettronegativo e con una coppia elettronica libera (N, O, F).

12 12 Il legame a idrogeno, o a ponte di idrogeno, è un legame che si forma fra molecole che contengono un atomo di idrogeno legato ad un altro atomo più elettronegativo e di piccole dimensioni. Il legame a idrogeno Idrogeno Molecola Atomo di piccole dimensioni + elettronegativo

13 13 Il legame a idrogeno In queste molecole Il legame è covalente polare, con polarità accentuata: l ’ altro atomo possiede un doppietto elettronico libero  l ’ atomo di idrogeno è parzialmente positivo  l ’ altro atomo è parzialmente negativo.

14 14 Si stabilisce allora un ’ attrazione elettrostatica fra l ’ atomo di idrogeno di una molecola e l ’ altro atomo di un ’ altra molecola. Il legame a idrogeno Attrazione elettrostatica

15 15 Gli atomi che sono allo stesso tempo sufficientemente elettronegativi e piccoli sono soltanto tre: quelli dell ’ azoto, dell ’ ossigeno e del fluoro. Quindi si formano legami a idrogeno quando un atomo di idrogeno è legato a uno di questi tre atomi. Vediamo in dettaglio:  la molecola dell ’ acqua (H2O)  la molecola del fluoruro di idrogeno (HF)  la molecola dell ’ acqua (H2O)  la molecola del fluoruro di idrogeno (HF)

16 16 Quando due molecole di acqua si avvicinano, si stabilisce un ’ attrazione elettrostatica fra l ’ atomo di ossigeno di una di esse e uno degli atomi di idrogeno dell ’ altra. Si forma così un legame a idrogeno fra le due molecole. Il legame a idrogeno fra due molecole di acqua

17 17 LEGAMI A IDROGENO NELLA MOLECOLA DI ACQUA (H 2 O) Nella molecola di acqua, l ’ atomo di ossigeno è parzialmente negativo, mentre i due atomi di idrogeno sono parzialmente positivi. Quando due molecole di acqua si avvicinano, si stabilisce un ’ attrazione elettrostatica fra l ’ atomo di ossigeno di una di esse e uno degli atomi di idrogeno dell ’ altra. Si forma così un legame a idrogeno fra le due molecole. d+d+ d-d- d-d- d+d+ d+d+ d+d+

18 18Valitutti,Tifi, Gentile, Esploriamo la chimica © Zanichelli editore 2010 Il legame a idrogeno è la più grande forza attrattiva intermolecolare ma è circa 10 volte più debole di un legame covalente. Le proprietà dell’acqua dipendono dal legame a idrogeno. Il legame a idrogeno influisce sulle proprietà fisiche delle sostanze che lo contengono.

19 Il legame a idrogeno nell’acqua L’acqua è la sostanza più comune in cui è presente il legame a idrogeno. Una molecola di acqua è legata da legami a idrogeno ad altre quattro secondo una disposizione tetraedrica.

20 Legami ad idrogeno nell’acqua Stato liquido Stato solido

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22 22 Il legame ad idrogeno conferisce all’acqua due proprietà fondamentali: Allo stato liquido determina una temperatura di ebollizione di 100°C. I assenza del legame ad idrogeno la temperatura di ebollizione sarebbe di -80°C, l’acqua sarebbe tutta allo stato aeriforme e non ci sarebbe la vita sulla Terra. Allo stato solido fa assumere alla molecola d’acqua una disposizione esagonale: ciò comporta un aumento di volume rispetto allo stato liquido e di conseguenza una minore densità del ghiaccio rispetto a quella dell’acqua.

23 23 LEGAMI A IDROGENO NELLA MOLECOLA DI FLUORURO DI IDROGENO (FCl) L ’ attrazione elettrostatica si stabilisce fra l ’ atomo di idrogeno di una molecola e l ’ atomo di fluoro di un ’ altra molecola. Si formano così catene di molecole di fluoruro di idrogeno (o acido fluoridrico). HHFFHF HFHF legame a idrogen o d+d+ d+d+ d+d+ d+d+ d+d+ d-d- d-d- d-d- d-d- d-d-

24 24Valitutti,Tifi, Gentile, Esploriamo la chimica © Zanichelli editore 2010 Legami a confronto La forza di legame è legata all’energia necessaria per allontanare particelle legate tra loro.

25 25Valitutti,Tifi, Gentile, Esploriamo la chimica © Zanichelli editore 2010 Legami a confronto La scala di energia dei legami atomici è assai diversa da quella delle forze intermolecolari.


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