Le interazione intermolecolari Gli stati di aggregazione e I legami intermolecolari

La Materia Come si presenta la materia allo stato macroscopico? Le molecole dei composti e gli atomi delle sostanze elementari come interagiscono fra di loro? Quali forze tengono assieme le molecole e gli elementi?

Le molecole interagiscono tra di loro mediante forze intermolecolari. L’interazione fra le molecole determina lo stato di aggregazione nel quale si trova il composto.

Paragone Moleculare di Liquidi, Solidi e gas

Un paragone molecolare di Liquidi e Solidi Proprietà fisiche delle sostanze si comprendono in termini di teoria cinetica molecolare : I Gas sono compribili, assumono forma e volume del contenitore: Le molecole di un Gas non interagiscono fra loro. I Liquidi sono quasi incompressibili, assumono la forma ma non il volume del contenitore: Le molecole di un Liquido sono più vicino fra loro rispetto alle molecole di un gas, ma non così rigidamente legate per cui le molecole possono slittare le une sulle altre I Solidi sono incompressibili e hanno una definita forma e volume: Le molecole dei solidi sono rigidamente impacchettate e non possono slittare le une sulle altre.

Forze Intermolecolari 1. Ione - Dipolo 2. Dipolo-Dipolo 3. Dipolo - Dipolo Indotto 4. Dipolo Instantaneo - Dipolo Indotto 5. Legame Idrogeno

Forze intermolecolari ed energia delle forze Tipo di Forza Energia (kJ/mol) Legame ionico 300-600 Legame covalente 200-400 Legame idrogeno 20-40 Ione-dipolo 10-20 Dipolo-dipolo 1-5 Dipolo-dipolo instantaneo 0.05-2 Dipolo-dipolo indotto 0.05-2

Dipolo elettrico m=QR m=0 m>0 m> > 0 In fisica con il termine dipolo si indica una coppia di particelle di carica opposta, poste ad una certa distanza l’una dall’altra. Momento di dipolo (μ): è il prodotto della carica per la distanza R tra due cariche ed è una grandezza vettoriale. L’unità di misura nel SI è Coulomb x m (C · m), ma in chimica di usa il debye (D). m=QR m=0 m>0 m> > 0

Dipoli Dipoli istantanei: si originano quando gli elettroni di due molecole non polari, avvicinandosi, presentano fluttuazioni di casuali della loro distribuzione creando momentanee distribuzioni di carica. Dipoli indotti: si creano quando una molecola polare si avvicina ad una non polare, inducendo in essa una ridistribuzione delle cariche positive e negative Dipolo permanente: è presente in una molecola quando uno o più legami covalenti presenti si sono formati da atomi di elettronegatività differente. Una molecola che presenti un dipolo permanente è detta polare.

Quando una molecola è polare? Nelle molecole biatomiche l’atomo più elettronegativo tirerà la densità elettronica del legame verso di sè per cui attirerà una parziale carica negativa lasciando sull’altro atomo una parziale carica positiva. Dando alla molecola un momento dipolare. Ma che cosa succede quando ci sono più di due atomi?

Molecole con 3 Atomi Sebbene il legame C-O sia polare, essendo la molecola lineare i momenti dipolari sono uguali e di direzione opposta, pertanto si cancellano. Quindi CO2 è apolare. Il momento dipolare tra H-C punta in direzione di C. Il momento dipolare tra C-N punta nella direzione di N. Quindi i vettori dipolari sono additivi e HCN è polare HCN SO2 è molecola polare perchè i momenti dipolari S-O non si cancellano e il momento risultante le somma vettoriale dei momenti

Molecole con 4 Atomi CCl4 non-polare CHCl3 è polare

Geometria molecolare e polarità delle molecole

Come si determina se una molecola è polare Disegnare la Struttura di Lewis Se tutte le regioni di densità elettronica sono condivise dagli stessi atomi la molecola non è polare Se tutte le regioni di densità elettronica non sono condivise dagli stessi atomi la molecola è polare

Legami deboli Dipolo Instantaneo -Dipolo Indotto Dipolo - Dipolo Indotto Dipolo-Dipolo Ione - Dipolo 5. Legame Idrogeno I legami deboli sono delle interazioni estemporanee che si stabiliscono tra molecole già formate o che coinvolgono ioni; possono essere facilmente rotti anche solo innalzando la temperatura

1. Dipolo istantaneo- dipolo indotto Forze di dispersione di London In una molecola neutra si può istaurare un dipolo istantaneo a causa della mobilità degli elettroni. Un dipolo istantaneo urtando una molecola può indurre un a sua volta un dipolo indotto (istantaneo) + - Molecola neutra Dipolo istantaneo + - + - Dipolo istantaneo Molecola neutra Dipolo istantaneo Urto casuale + - + - Interazione tra dipoli istantanei

2. Dipolo- Dipolo indotto Forze di Debye - + Una molecola dipolare urtando una molecola apolare può indurre un dipolo indotto Molecola dipolare Molecola apolare - + - + Molecola dipolare Dipolo indotto

3. Interazione Dipolo-Dipolo C’è un mix di forze attrattive e repulsive dipolo-dipolo. Se due molecole hanno la stessa massa e dimensione, le forze dipolo-dipolo aumentano con l’aumento della polarità.

4. Interazione ione-dipolo Composto ionico

4. Interazione ione-dipolo Forze attrattive fra un ione e una molecola polare Interazione Ione-Dipolo Più grande è la carica più forte è la forza

4. Interazione ione-dipolo Le interazione ione-dipolo sono le interazioni responsabili della dissoluzione di un solido ionico in acqua. Le frecce indicano interazioni ione-dipolo. In questpo caso si parla di solvatazione o idratazione

5. Legame ad idrogeno Caso speciale di forze dipolo-dipolo. Sperimentalmente: I punti di ebollizione dei composti con legami H-F, H-O, e H-N sono anormalmente alti. Conseguenza di forze intermolecolari sono anormalmente forti. Il legame ad idrogeno richiede che l’idrogeno sia legato ad un elemento elettronegativo (importante per composti del F, O, e N). Elettroni nel H-X (X = elemento elettronegativo) risiedono molto più vicini all’ X che al H. H ha solo un elettrone, così nel legame H-X, + H presenta quasi un protone a - X. I legami H sono forti.

Ponte ad idrogeno N-H… N- O-H… N- F-H… N- N-H… O- O-H… O- F-H… O- Si verifica quando l’idrogeno è attaccato a un atomo fortemente elettronegativo. N-H… N- O-H… N- F-H… N- N-H… O- O-H… O- F-H… O- N-H… F- O-H… F- F-H… F- d+ d- Richiede una coppia di elettroni non condivisa di un elemento altamente elettronegativo

Legame a ponte di idrogeno

Legame ad idrogeno in acqua

Structure of Ice Ghiaccio Legame ad idrogeno

I legame idrogeno sono responsabili del: Galleggiamento del ghiaccio I Solidi sono usualmente più impacchettati dei liquidi;quindi, i solidi sono più densi dei liquidi. Il ghiaccio è ordinato con una struttura aperta per ottimizzare il legame ad idrogeno Conseguenza: Il ghiaccio è meno denso dell’acqua. Nell’acqua il legame H-O è lungo circa 1.0 Å. Il legame O…H ad idrogeno è lungo 1.8 Å Il ghiaccio ha le molecole d’acqua in una struttura aperta, ad esagono regolare Ogni + H punta verso una coppia di elettroni sull’O. Il ghiaccio galleggia formando uno strato sui laghi, I fiumi, etc. Quindi, la vita in acqua può sopravvivere in inverno.

Perchè il ghiaccio galleggia? H2O(s) D2O(s)

5. Legami ad idrogeno I legami ad idrogeno sono responsabili della: Struttura delle Proteine Il folding delle proteine è una conseguenza dei legami ad idrogeno. Il transporto di DNA dell’informazione genetica