FORZE INTERMOLECOLARI

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1 FORZE INTERMOLECOLARI Le forze intermolecolari sono forze di attrazione che si stabiliscono tra le molecole che costituiscono una sostanza Determinano la tendenza delle molecole ad avvicinarsi. Per ogni sostanza questa tendenza diminuisce passando dallo stato solido, a quello liquido e a quello aeriforme. La natura e di tali forze si riflettono nelle proprietà fisiche della sostanza (stato di aggregazione, punto di fusione, punto di ebollizione) FORZE (LEGAMI) INTERMOLECOLARI -Interazioni - (tra molecole polari) -Interazioni di legame idrogeno (tra molecole contenenti un atomo di H legato covalentemente ad un atomo molto elettronegativo e di piccole dimensioni) -Forze di Van der Waals (di dispersione di London) (le uniche che si stabiliscono tra molecole non polari) -Interazioni che coinvolgono ioni (tra ioni e molecole polari o apolari)

2 FORZA DEI LEGAMI MOLECOLE POLARI E APOLARI MOLECOLE BIATOMICHE Legame polare molecola polare Legame apolare molecola apolare H Cl + - H Cl H e Cl hanno elettronegatività HCl ha un momento dipolare 0 È una molecola polare I I I 2 ha un momento dipolare = 0 È una molecola apolare

3 Per molecole poliatomiche il momento dipolare è dato dalla somma vettoriale dei dipoli di legame Una molecola può essere non polare (momento dipolare = 0) anche se contiene singoli legami polari. La polarità di una molecola poliatomica dipende dalla geometria della molecola O C = - MOLECOLE POLARI E APOLARI MOLECOLE POLIATOMICHE O = CO 2 ha dipoli di legame diversi da zero ma il momento dipolare della molecola è nullo. La molecola è apolare. O C = = O - + H - O - H + H 2 O ha dipoli di legame diversi da zero e il momento dipolare della molecola è 0. La molecola è polare. Interazioni - Sono le forze di attrazione che si stabiliscono tra molecole polari Due dipoli elettrici (molecole polari) vicini tendono ad orientarsi in modo che il baricentro del primo (+) sia vicino a quello (-) del secondo e per conseguenza si attraggono elettrostaticamente. Determinano punti di fusione e di ebollizione relativamente alti. La forza attrattiva è proporzionale a 1/r 7 distanza, risultando significativa solo quando le molecole sono molto vicine fra loro.

4 Legame Idrogeno (particolarmente forte) che si stabilisce tra molecole polari contenenti un atomo di H legato covalentemente ad un atomo molto elettronegativo e di piccole dimensioni elevata densità di carica (es. O, N, F) Le molecole che danno legame H hanno un elevato momento di. elettronegativo Legame Idrogeno (più forte delle normali interazioni -) influenza fortemente le proprietà delle sostanze Es. a T ambiente, H 2 O è un liquido e ha una T e = 100 C mentre H 2 S è un gas e ha T e = -61 C : i 3 atomi che prendono parte alla formazione del legame sono pressocchè allineati. 2 O si stabiliscono legami H sia nello stato liquido che in quello solido e la direzionalità di tali legami è 2 O (s) ha un volume specifico > di H 2 O (l).

5 Interazioni - indotto Si stabiliscono tra molecole polari e molecole apolari Molecola polare Molecola non polare Dipolo Dipolo indotto Il baricentro positivo di una molecola polare attrae gli elettroni di una molecola non polare adiacente generando un indotto. Tra e indotto si stabiliscono forze di attrazione elettrostatica (più deboli di quelle tra dipoli permanenti). Sono le forze per le quali molti gas apolari (O 2, CO 2, N 2 ) mostrano una certa solubilità in acqua. La tendenza di una molecola a manifestare una polarità per induzione si chiama polarizzabilità. La polarizzabilità dipende dalla facilita' con cui la nuvola elettronica viene deformata aumenta all'aumentare delle dimensioni molecolari. FORZE DI VAN DER WAALS Sono le uniche forze attrattive che si stabiliscono tra molecole apolari. Sono del tipo istantaneo- istantaneo istantaneo- indotto In una molecola non polare il baricentro positivo e negativo coincidono, tuttavia, la distribuzione della carica elettrica è simmetrica solo mediamente nel tempo: gli e - sono in continuo movimento e, in un certo istante, possono essere più spostati verso si crea una asimmetria di cariche, un istantaneo. molecola apolare istantaneo Tra dipoli istantanei vengono ad instaurarsi deboli forze di attrazione elettrostatica Formazione di un istantaneo in una molecola apolare. istantaneo attrazione istantaneo

6 Un istantaneo può indurre la formazione di un in una molecola vicina istantaneo molecola apolare vicina istantaneo istantaneo indotto Vengono ad instaurarsi deboli forze di attrazione elettrostatica istantaneo indotto attrazione Interazioni che coinvolgono specie cariche: Ione-molecola polare ione + molecola polare attrazione Si stabilisce una attrazione elettrostatica tra lo ione positivo (o negativo) e il baricentro negativo (o positivo) della molecola polare sostanze ioniche in solventi polari La forza di attrazione ione- dipende da 1/r 3

7 Interazioni ione-: Solvatazione Quando una sostanza ionica è disciolta in una sostanza polare, si dissocia negli ioni che la costituiscono. Gli ioni sono completamente circondati da molecole di solvente con cui interagiscono mediante interazioni del tipo ione- SOLVATAZIONE. Se la sostanza polare è acqua, si parla di IDRATAZIONE. Interazioni che coinvolgono specie cariche: Ione-molecola apolare Ione + molecola non polare Ione + Dipolo indotto attrazione Lo ione induce un nella molecola apolare si stabilisce indotto. La forza di attrazione è proporzionale a (1/r 5 ) : le interazioni ione- indotto sono importanti solo quando lo ione e la molecola non polare sono molto vicini.

8 Forze di repulsione intermolecolare Sebbene tutte le molecole si attraggano mediante forze intermolecolari, esse possono avvicinarsi fino ad un valore critico di distanza oltre il quale predominano forze repulsive dovute alla sovrapposizione delle nuvole elettroniche: repulsione sterica o repulsione di van der Waals Due atomi di molecole diverse non possono avvicinarsi oltre la distanza alla quale le forze attrattive eguagliano quelle repulsive (molecole in contatto) che corrisponde ad un minimo di E del sistema. Tale distanza di contatto è detta distanza (o raggio) di van der Waals Forze di repulsione intermolecolare Il raggio di van der Waals (r vdw ) è uguale alla metà della distanza internucleare di due atomi non legati (appartenenti a molecole diverse). Il r vdw >r c. (r c : raggio covalente) Il raggio covalente, r c, è la metà della distanza fra due atomi legati da un legame covalente nella stessa molecola.

9 Quale delle seguenti sostanze è più probabile che sia un gas a temperatura ambiente e a pressione atmosferica: PCl 3, Cl 2, MgCl 2 o Br 2? Nelle sostanze con molecole piccole non polari si avranno le forze intermolecolari più deboli. Delle sostanze riportate, MgCl 2 è ionico e PCl 3 è costituito da molecole polari. Sia Cl 2 che Br 2 sono molecole non polari però le molecole di Cl 2 sono più piccole di quelle di Br 2 perciò saranno meno polarizzabili e quindi, le forze intermolecolari saranno più deboli. Pertanto, la sostanza che più probabilmente sarà un gas a pressione e temperatura ambiente è il Cl 2. Anche se le forze - in PCl 3 fossero deboli, PCl 3 è una molecola più grande di Cl 2 (tre atomi di Cl ed uno di P piuttosto che due di Cl) e, quindi, si può prevedere che le forze intermolecolari siano maggiori. Prof. M. De Rosa