Il legame tra le molecole

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1 1 Il legame tra le molecole Obiettivo L'obiettivo di questa lezione è piuttosto ambizioso. Partendo dal concetto di dipolo elettrico e passando per la forma delle molecole arriveremo a definire il concetto di dipolo totale di una molecola. Finalmente con questo strumento potremo capire fatti sperimentali come: la solubilità dei sali, la immiscibilità dell'acqua con gli oli, ecc. Prerequisiti Aver ben in chiaro i concetti di legame covalente polare e apolare e il legame covalente polare con i dipoli elettrici dei suddetti legami. Il dipolo elettrico totale di una molecola quelle che ne sono prive si chiamano sostanze apolari. La forza dipolo-dipolo Dobbiamo ora combinare le osservazioni precedenti e capire come sarà la disposizione degli elettroni all'interno delle molecole covalenti. Facciamo alcuni esempi. Importante è la somma vettoriale di tutti i dipoli elettrici. Se la somma è nulla la molecola non avrà un dipolo totale, mentre se la soma non è nulla ci sarà un dipolo totale. Le sostanze che possiedono un dipolo totale sono chiamate sostanze polari, mentre Prendiamo delle molecole polari (es. acqua, acido cloridrico, alcol, ecc. ). Tra di loro ci saranno delle forze di attrazione dovute al fatto che una parte della molecola ha una carica positiva mentre l'altra ha una carica negativa e quindi tutte le molecole si disporranno in modo da massimizzare le forze di attrazione. Osserveremo anche che le sostanze polari si sciolgono bene tra loro: infatti le forze dipolo-dipolo vengono conservate. Nel caso dell'acqua il legame dipolo-dipolo è talmente forte e ben strutturato che ha un nome particolare: si chiama legame-idrogeno. Nell'immagine finale si può ben osservare perché le sostanze polari si sciolgono tra loro. I dipoli sono in grado di disporsi in modo favorevole.

2 2 La forza dipolo-ione Perché il sale (o i sali) si sciolgono in acqua? Abbiamo visto che i sali sono composti da ioni positivi e ioni negativi, ordinati in un reticolo. Se messi a contatto con l'acqua molti sali si sciolgono: le forze di attrazione tra gli ioni nel solido sono sostituite da forze tra gli ioni e i dipoli del solvente. Tuttavia questa sostituzione di forze non è sempre efficiente; a volte i dipoli non sono in grado di rompere le forze tra determinati ioni. Per questo motivo esistono sali più solubili e sali meno solubili.

3 3 Le forze di Van der Waals Le sostanze che non possiedono un dipolo hanno comunque deboli forze di attrazione tra una molecola e l'altra. Queste forze sono dovute al fatto che gli elettroni, in perenne movimento attorno agli atomi, possono per brevi momenti essere casualmente distribuiti in modo asimmetrico. Tale distribuzione influenza le molecole limitrofe che si adattano, spostano anche loro un pochino della loro densità elettronica in modo appropriato. Certamente queste forze sono estremamente labili, si formano e si rompono velocemente, al contrario delle forze dipolodipolo. Tuttavia sono forze che aumentano di importanza con l'aumentare delle dimensioni delle molecole e del numero di elettroni in questione. Il razzismo dell'acqua (e delle molecole polari) Proviamo ora ad immaginare perché l'acqua non si mischia con l'olio e viceversa. La ragione è molto semplice. Aggiungendo molecole apolari (senza dipolo) ad un insieme di molecole polari succederà una cosa molto ovvia: tutta una serie di forze di attrazione dipolodipolo andranno perse. Per questo motivo le sostanze polari non accettano che delle sostanze apolari si possano infiltrare tra loro.

4 4 Il funzionamento dei saponi È incredibile quanti fenomeni possiamo spiegare con le conoscenze di base che abbiamo posto. I saponi per esempio hanno un funzionamento facile da capire. Possiedono una parte della molecola che è polare o in certi casi addirittura ionica(e che quindi ama l'acqua), mentre l'altra parte ha un comportamento decisamente apolare e quindi amante dei grassi. I saponi si aggregano quindi in quelle che tecnicamente si chiamano micelle. Una micella è un aggregato sferico di molecole di sapone dove la parte apolare si ritrova all'interno e la parte polare all'esterno. Lo sporco e l'unto che deve essere rimosso durante il lavaggio entra all'interno della micella e viene in un certo senso reso solubile in acqua. Laboratorio Da proporre Obiettivo della lezione Prerequisiti teorici Legame chimico, legame ionico, legame covalente polare e apolare. Procedimento Riempire 6 provette con un fondo di acqua. Nella prima provetta aggiungere benzina verde, nella seconda aggiungere olio, nella terza aggiungere acetone, nella quarta aggiungere alcol, nella quinta aggiungere alcuni granellini di sale da cucina e nella sesta aggiungere un punta di spatola si bicarbonato di sodio. Mescolare e verificare se di formano miscele omogenee o eterogenee. Riempire 5 provette con un fondo di benzina verde. Nella prima provetta aggiungere olio, nella seconda aggiungere acetone, nella terza aggiungere alcol, nella quarta alcuni granellini di sale da cucina e nella quinta aggiungere una punta di spatola di bicarbonato di sodio. Mescolare e verificare se di formano miscele omogenee o eterogenee. Riempire 4 provette con un fondo di olio. Nella prima provetta aggiungere acetone, nella seconda alcol, nella terza alcuni granellini di sale da cucina e nella quarta aggiungere una punta di spatola di bicarbonato di sodio. Mescolare e verificare se di formano miscele omogenee o eterogenee. Riempire 3 provette con un fondo di acetone. Nella prima provetta aggiungere alcol, nella

5 5 seconda aggiungere alcuni granellini di sale da cucina e nella terza aggiungere una punta di spatola di bicarbonato di sodio. Mescolare e verificare se si formano miscele omogenee o eterogenee. Riempire 2 provette con un fondo di alcol. Nella prima aggiungere alcuni granellini di sale da cucina e nella seconda aggiungere una punta di spatola di bicarbonato di sodio. Mescolare e verificare se si formano miscele omogenee o eterogenee. Risultati Acqua Riportare nella tabella i risultati delle osservazioni Acqua Benzina Olio Acetone Alcol NaCl NaHCO 3 XXXXXX Benzina XXXXXX XXXXXX Olio XXXXXX XXXXXX XXXXXX Acetone XXXXXX XXXXXX XXXXXX XXXXXX Alcol XXXXXX XXXXXX XXXXXX XXXXXX XXXXXX Discussione Partendo dai tipi di legame presenti nei vari liquidi spiegate i risultati osservati. Che tipo di legame chimico devono avere alcol e acetone per giustificare il comportamento osservato?

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