Forze intermolecolari: classificazione, esempi

Le forze intermolecolari sono interazioni di natura elettrostatica che si verificano tra le molecole e che, contrariamente alle forze intramolecolari, sono meno forti.
Diversamente dalle forze intramolecolari quelle intermolecolari non sono dovute a legami chimici e diminuiscono all’aumentare della distanza tra le molecole. Pertanto rivestono un ruolo maggiore nei solidi e nei liquidi piuttosto che nei gas.

Le forze intermolecolari  possono essere di tipo attrattivo o repulsivo e influenzano la temperatura di fusione e di ebollizione di una specie.

E’ bene specificare che alcuni testi chiamano la totalità delle forze intermolecolari come forze di Van der Waals che prendono il nome dal fisico olandese Johannes Diderik van der Waals comprese le forze di repulsione. Altri indicano con il termine di forza di Van der Waals solo le forze attrattive distinguendole a volte in forza di Keesom, forza di Debye e forze di London.

Ad di là della denominazione le forze intermolecolari includono le interazioni

  • Ione-dipolo
  • dipolo-dipolo
  •  dipolo-dipolo indotto
  • dipolo indotto-dipolo indotto
  • Legame a idrogeno

forze intermolecolari

Ione-dipolo

Le interazioni ione-dipolo sono generalmente le forze intermolecolari più intense. Sii verificano quando uno ione positivo o uno ione negativo interagisce con una molecola polare . Esso è attratto dal polo negativo o positivo del dipolo. L’interazione ione-dipolo ha una grande importanza nelle soluzioni come, ad esempio, l’idratazione degli acquoioni in soluzione acquosa.

L’acqua è una molecola polare  in cui l’ossigeno ha una parziale carica negativa e l’idrogeno ha una parziale carica positiva. Se si considera uno ione positivo presente in una soluzione acquosa esso sarà circondato da un certo numero di molecole di acqua orientate con l’atomo di ossigeno verso lo ione. Analogamente uno ione negativo sarà circondato da molecole di acqua orientate con gli atomi di idrogeno verso lo ione.

Dipolo-dipolo

Le interazioni dipolo-dipolo si riferiscono a molecole polari in cui il baricentro delle cariche positive non coincide con il baricentro delle cariche negative.

Un esempio di molecola polare è H-Cl in cui, a causa della differenza di elettronegatività, l’idrogeno ha una parziale carica positiva δ+ e il cloro una parziale carica negativa δ-. Una molecola come H-Cl costituisce quindi un dipolo permanente. Tra le molecole si generano forze attrattive quando un atomo con una parziale carica positiva si trova vicino a un atomo con una parziale carica negativa. Si generano invece forze repulsive quando un atomo con una parziale carica positiva si trova vicino a un altro atomo con una parziale carica positiva.

dipolo-dipolo

Interazione dipolo-dipolo indotto

Le interazioni dipolo-dipolo indotto si verificano quando una molecola polare si avvicina a una molecola non polare, inducendo in essa uno spostamento della distribuzione di carica

dipolo -dipolo indotto

Ad esempio, se una molecola di ossigeno si avvicina ad una molecola di acqua orientata verso di essa con l’atomo di ossigeno, la frazione di carica negativa presente su quest’ultimo respinge la nuvola elettronica della molecola di ossigeno e attira la carica positiva nucleare. Ciò determina uno spostamento del baricentro della carica negativa rispetto a quello della carica positiva nella molecola di ossigeno e quindi induce una polarità e la molecola di ossigeno polarizzata interagisce con la molecola di acqua polare.

Interazione dipolo indotto-dipolo indotto

Sono anche dette forze di dispersione o forze di London e sono generalmente le forze intermolecolari meno forti. Sono originate da fluttuazioni momentanee nella distribuzione di carica in specie chimiche apolari. Tali fluttuazioni determinano momenti di dipolo istantanei che a loro volta possono indurre momenti di dipolo in molecole vicine e pertanto sono particolarmente importanti nei composti apolari.

Legame a idrogeno

Il legame a idrogeno è il più forte dei legami intermolecolari, Si verifica quando in una molecola è presente un atomo di idrogeno legato a un elemento elettronegativo e di piccole dimensioni come F, O e N.

Quando l’idrogeno è legato a un atomo come l’ossigeno l’elevata differenza di elettronegatività tra i due elementi fa sì che gli elettroni di legame siano attratti dall’elemento più elettronegativo. Ciò comporta che il tipo di legame si polare ovvero il baricentro delle cariche positive non coincide con il baricentro delle cariche negative. L’idrogeno ha quindi una parziale carica positiva δ+ e l’elemento più elettronegativo una parziale carica negativa δ.

Quando queste molecole polari si avvicinano tra loro l’idrogeno sarà attratto dall’elemento più elettronegativo dell’altra molecola.  Si ha  conseguentemente la formazione di un legame cosiddetto a ponte di idrogeno

legame a idrogeno

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