Le interazione intermolecolari

Presentazione sul tema: "Le interazione intermolecolari"— Transcript della presentazione:

1 Le interazione intermolecolari
Gli stati di aggregazione e I legami intermolecolari

2 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?

3 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.

4 Paragone Moleculare di Liquidi, Solidi e gas

5 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.

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

7 Tabella energetica delle Forze
Tipo di Forza Energia (kJ/mol) Legame Ionico Legame Covalente Legame Idrogeno Ione-Dipolo Dipolo-Dipolo Dipolo Instantaneo/ Dipolo Indotto

8 Dipoli elettrici

9 Dipolo elettrico m=0 m>0 m=Qd m> > 0

10 1. Interazione ione-dipolo
Composto ionico

11 1. 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

12 Le interazione ione-dipolo sono le interazioni responsabili della dissoluzione di un solido ionico in acqua. Le frecce indicano interazioni ione-dipolo

13 2. Forze Dipolo-Dipolo

14 Forze Intermolecolari
Forze 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.

15 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?

16 Molecole con 3 Atomi CO2 HCN SO2
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. CO2 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 SO2 è molecola polare perchè i momenti dipolari S-O non si cancellano e il momento risultante le somma vettoriale dei momenti

17 Molecole con 4 Atomi CCl4 non-polare CHCl3 è polare

18 Molecole di NH3 e NF3 Geometria elettronica tetraedrica e molecolare piramidale trigonale.

19 Dipoli di legame in NH3 e NF3

20 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

21

22 Geometria molecolare e polarità delle molecole

23 H2O e CO2 Dal volume: Whitten “Chimica Generale”
Piccin Nuova Libraria S.p.A.

24 3.Dipolo indotto

25 4. Dipolo istantaneo

26 Forze di dispersione Si verificano tra molecole di qualsiasi composto e si genera dalle forze attrattive fra molecole le quali sono prodotte dalla carica indotta non bilanciata La grandezza delle Forze di Dispersione dipende da come facilmente si distorce la nube elettronica. Più grande è la nube della molecola più le forze di dispersione sono forti.

27 Polarizabilità La facilità con la quale la distribuzione elettronica in un atomo o molecola può essere distorta. La Polarizabilità aumenta quando: Più grande è il numero di elettroni Più diffusa è la nube di elettroni Le forze di Dispersione usualmente aumentano con la massa molare.

28 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.

29 Ponte ad idrogeno 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

30 Legame a ponte di idrogeno

31 Legame ad idrogeno in acqua

32 Temperature di Ebollizione ad 1 atm

33 Structure of Ice Ghiaccio Legame ad idrogeno

34 Legame idrogeno I legami ad 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.

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

36 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

37 Il punto di ebollizione degli alcani aumenta con la lunghezza della catena di atomi di carbonio. Le lunghe-catene di alcani hanno grandi forze di dispersione a causa dell’aumento della polarizzabilità delle loro grandi nubi elettroniche.

38 Forze intermolecolari
Tipo di interazione Dipendenza dalla distanza Energia tipica (kJ/mol) Caratteristiche Dipolo-dipolo 1/d6 0.3 Tra molecole polari Dispersione (London) 2 Tra tutti i tipi di molecole Legame a H fissa 20 Tra N, O, F, che condividono un atomo di H Per confronto: Tipo di interazione Dipendenza dalla distanza Energia tipica (kJ/mol) Caratteristiche Ione-ione 1/d 250 Tra ioni Covalente Fissa Tra atomi