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 concetto di dipolo elettrico. La forma delle molecole Finora abbiamo visto come gli atomi si attaccano tra loro per formare le molecole. Il passo successivo è capire la geometria effettiva delle molecole. Capire di preciso le regole che definiscono la geometria delle molecole è molto difficile e non sarà discusso in questa sede; tuttavia il risultato finale è relativamente semplice e può anche essere interpretato in maniera intuitiva. La regola fondamentale è che ogni coppia di elettroni che si trova su un atomo (sia come coppia di legame covalente, sia come coppia di elettroni non leganti) avverte una repulsione verso le altre coppie e cerca di rimanere il più lontano possibile dalle alte. Con questo principio si ottengono tre casi. Le molecole tetraedriche Quando un atomo si connette con gli altri solamente attraverso legami semplici si avranno 4 coppie di elettroni che si respingono a vicenda: Nello spazio tridimensionale la forma geometrica più conveniente nella quale riescono a disporsi è la forma tetraedrica (piramide a base triangolare). Alcuni facili esempi sono il metano, l'ammoniaca, ecc.

2 2 Le molecole planari Quando invece si ha un doppio legame l'atomo in questione ha solamente tre gruppi di elettroni che si respingono (due gruppi di due elettroni e u gruppo di 4 elettroni). In questo caso la forma appropriata sarà un triangolo Le molecole lineari Se ci sono due legami doppi, oppure un legame triplo si avranno solamente due gruppi di elettroni che si respingono e la molecola sarà lineare. Esercizio Riprendete l'esercizio proposto per il legame covalente e provate a dare una forma a tutte le molecole della prima parte. Il dipolo elettrico totale di una molecola 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 quelle che ne sono prive si chiamano sostanze apolari.

3 3 Il legame dipolodipolo 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. Il legame 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.

4 4 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 dipolo-dipolo. 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 dipolo-dipolo andranno perse. Per questo motivo le sostanze polari non accettano che delle sostanze apolari si possano infiltrare tra loro.

5 5 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.

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