Le interazione intermolecolari Gli stati di aggregazione e

Le interazione intermolecolari Gli stati di aggregazione e I legami intermolecolari

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?

• 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.

Paragone Moleculare di Liquidi, Solidi e gas

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.

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

Tabella energetica delle Forze Tipo di Forza Legame Ionico Legame Covalente Legame Idrogeno Ione-Dipolo Instantaneo/ Dipolo Indotto Energia (k. J/mol) 300 -600 200 -400 20 -40 10 -20 1 -5 0. 05 -2

Dipoli elettrici

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

1. Interazione-dipolo Composto ionico

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

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

2. Forze Dipolo-Dipolo

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.

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?

Molecole con 3 Atomi Sebbene il legame C-O sia polare, essendo la molecola lineare i momenti dipolari sono uguali e di direzione opposta, pertanto si cancellano. Quindi CO 2 è apolare. CO 2 HCN SO 2 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 SO 2 è molecola polare perchè i momenti dipolari S-O non si cancellano e il momento risultante le somma vettoriale dei momenti

Molecole con 4 Atomi CCl 4 non-polare CHCl 3 è polare

Molecole di NH 3 e NF 3 Geometria elettronica tetraedrica e molecolare piramidale trigonale.

Dipoli di legame in NH 3 e NF 3

Come si determina se una molecola è polare 1. Disegnare la Struttura di Lewis 2. Se tutte le regioni di densità elettronica sono condivise dagli stessi atomi la molecola non è polare 3. Se tutte le regioni di densità elettronica non sono condivise dagli stessi atomi la molecola è polare

Geometria molecolare e polarità delle molecole

H 2 O e CO 2 Dal volume: Whitten “Chimica Generale” Piccin Nuova Libraria S. p. A.

3. Dipolo indotto

4. Dipolo istantaneo

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.

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.

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.

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- - Richiede una coppia di elettroni non condivisa di un Elemento altamente elettronegativo

Legame a ponte di idrogeno

Legame ad idrogeno in acqua

Temperature di Ebollizione ad 1 atm

Structure of Ice Legame ad idrogeno Ghiaccio

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.

Perchè il ghiaccio galleggia? D 2 O(s) H 2 O(s)

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

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

Forze intermolecolari Tipo di interazione Dipendenza dalla distanza Energia tipica (k. J/mol) Caratteristiche Dipolo-dipolo 1/d 6 0. 3 Tra molecole polari Dispersione (London) 1/d 6 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 (k. J/mol) Caratteristiche Ione-ione 1/d 250 Tra ioni Covalente Fissa 200 -400 Tra atomi