Forze intermolecolari Claudio P. Lezioni 19,20 2017-2018

Forze intermolecolari Le forze intermolecolari sono forze attrattive tra molecole, tra ioni o tra ioni e molecole. In assenza di tali forze tutte le molecole sarebbero gas le molecole possono stabilire tra loro deboli legami di natura elettrostatica che prendono il nome di interazioni di Van der Waals.

Legame ione-dipolo Dipolo = sistema costituito da due cariche elettriche uguali, ma di segno opposto, situate a una certa distanza. La forza elettrostatica che si stabilisce tra uno ione e una molecola dipolare si chiama legame ione-dipolo. (A), uno ione sodio, in azzurro, come ogni altro ione positivo attira e lega a sé gli atomi di ossigeno delle molecole di acqua. Si formano legami ione-dipolo. (B), alla stessa maniera uno ione cloruro, indicato in verde, come qualunque altro ione negativo attira e lega a sé gli atomi di idrogeno delle molecole d’acqua, che hanno una parziale carica positiva. Si producono così legami ione-dipolo.

Forze ione-dipolo Na+(g) + 6H2O → [Na(H2O)6]+(aq) + 397 kJ Dipendono: dalla distanza tra lo ione ed il dipolo; dalla carica dello ione; dalla grandezza del dipolo. Quando si verifica una interazione attrattiva di questo tipo, le particelle che si attraggono liberano energia nel momento in cui formano un legame Na+(g) + 6H2O → [Na(H2O)6]+(aq) + 397 kJ

Forze dipolo-dipolo Quando molecole polari interagiscono reciprocamente si libera energia (N.B.: un gas formato da molecole polari viene trasformato in liquido per raffreddamento ).

Legame idrogeno Il legame idrogeno è la forza elettrostatica che unisce un atomo di idrogeno, legato covalentemente a un atomo molto elettronegativo, e un altro atomo molto elettronegativo.

Legame idrogeno nell’acqua Le proprietà dell’acqua sono essenzialmente determinate dal legame idrogeno Molecola polare dell’acqua: le piccole dimensioni dell’atomo di H consentono interazioni ravvicinate. Struttura del ghiaccio: ogni molecola d’acqua è legata tramite legami idrogeno ad altre quattro. Gli atomi di ossigeno delle molecole d’acqua legate con legami idrogeno sono ai vertici di anelli a sei atomi non planari.

Il Legame Idrogeno Il legame idrogeno è una forma particolare di attrazione dipolo-dipolo che rende più intense le attrazioni dipolo-dipolo Quando l’idrogeno è legato ad un atomo molto elettronegativo X, l’interazione tra le altre molecole ed il legame polare H-X risulta molto maggiore delle classiche interazioni dipolo-dipolo. Si ha soprattutto con O, N e F

Legame idrogeno Il legame idrogeno nel fluoruro di idrogeno è uno dei più forti: la sostanza allo stato solido è costituita da catene a zig-zag di molecole HF I valori di elettronegatività di N(3.0), O (3.5) e F (4.0) sono i più alti, quello dell’H (2.1) è notevolmente più basso: i legami covalenti N-H, O-H, F-H sono molto polari e le loro estremità negative possono interagire con altri atomi di H.

Legame idrogeno Il legame idrogeno determina fortemente le proprietà delle sostanze Punti di ebollizione di alcuni composti semplici contenenti idrogeno Il ghiaccio galleggia sull’acqua liquida perché l’acqua solida è meno densa di quella liquida

Legame idrogeno e proprietà Le diverse proprietà dell’alcool etilico e dell’etere dimetilico che hanno la stessa formula minima e lo stesso momento di dipolo evidenziano l’esistenza di forze intermolecolari superiori nel composto alto-bollente ed alto-fondente. Molte sostanze naturali sono costituite da catene di amminoacidi che possono interagire tra di loro con legami H Alcool: p.f. –115°C, p.e. 78.5 °C Etere: p.f. –141°C, p.e. –25°C

Legame idrogeno e proprietà Il polimero Nylon è tenuto insieme da legami idrogeno

Tipi di legame idrogeno Circa il 10 % rispetto ad un forte ed ordinario legame covalente, approssimativamente 15-40 kJ/mol. Tipi di legame idrogeno

Le interazioni di Van der Waals: dipoli indotti L’entità della deformazione della nuvola elettronica di un atomo o di una molecola non polare e del dipolo indotto dipende dalla POLARIZZABILITA’ Forze dipolo-dipolo indotto Forze dipolo indotto-dipolo indotto (Forze di London o di dispersione)

Le forze di London Forze di London tra I2 Una carica elettrica (caso B), quando si trova vicino a un corpo neutro in cui vi sono elettroni mobili, può determinare la formazione di un dipolo. Il fenomeno è chiamato induzione elettrostatica. Anche se non notiamo alcun dipolo permanente, possiamo pensare che in ogni istante gli elettroni non siano distribuiti in modo omogeneo tra gli atomi, cioè che esistano dipoli istantanei.