1

© 2009 Brooks/Cole - Cengage

Le forze intermolecolari ed i liquidi 2018

2

© 2009 Brooks/Cole - Cengage

Forze Intermolecolari

Forze intermolecolari sono forze che si esercitano fra molecole, fra ioni, o fra molecole e ioni. Forze intramolecolari sono forze che tengono uniti gli atomi in una molecola.

Energie Intermolecolari vs energie Intramolecolari 41 kJ per vaporizzare 1 mole d’acqua (inter)

930 kJ per rompere tutti i legami O-H in 1 mole d’acqua (intra)

In genere, le forze intermolecolari sono più deboli di quelle intramolecolari

Queste forze influenzano: Punto di ebollizione Punto di fusione ΔHvap - ΔHfus - ΔHsub

3

© 2009 Brooks/Cole - Cengage

Forze Ione - Dipolo

Forze attrattive tra uno ione e una molecola polare

HH

water dipole

••

••

O-δ

+δ

L’acqua è altamente polare e può interagire con gli ioni per formare ioni idrati

4

© 2009 Brooks/Cole - Cengage

L’interazione tra ione e dipolo dipende sia dalla carica dello ione che dalla distanza ione-dipolo.

Attrazione fra Ioni e Dipoli Permanenti

5

© 2009 Brooks/Cole - Cengage

Forze attrattive tra molecole polari

Forze Dipolo - Dipolo

Tali forze legano l’una all’altra molecole che hanno dipoli permanenti.

in un solido

in soluzione

6

Forze Dipolo-Dipolo

L’influenza delle forze dipolo-dipolo si manifesta nei punti di ebollizione di molecole semplici.

Composto Peso Mol. Punto Eb. N2 28 -196 oC CO 28 -192 oC Br2 (non polare) 160 59 oC ICl (polare) 162 97 oC

7

7

Legame a Idrogeno Il legame a idrogeno è una particolare interazione dipolo-dipolo tra un’atomo di idrogeno presente nei gruppi N-H, O-H o F-H e un’atomo elettronegativo O, N, o F

A H … B A H … A o

A e B sono N, O, or F

8

8

slightly positive charge

slightly negative charge

hydrogen bond between (+) and (-) areas of different water molecules

Molecole d’acqua e legame ad idrogeno

9 Legame a Idrogeno

HCOOH e H2O

10

Legame a Idrogeno: implicazioni

Il ghiaccio ha una struttura aperta.

La sua densità è minore del liquido.

Pertanto il solido galleggia sul liquido.

11

© 2009 Brooks/Cole - Cengage

Forze di Dispersione Dipolo – Dipolo Indotto

•  Il processo di induzione di un dipolo è detto polarizzazione

•  Polarizzabilità è la facilità con cui la distribuzione elettronica in un atomo o molecola possa essere distorta.

La solubilità di un gas in acqua aumenta con la sua massa.

12

© 2009 Brooks/Cole - Cengage

FORZE DI DISPERSIONE DIPOLO – DIPOLO INDOTTO

Come possono molecole non-polari quali O2 ed I2 solubilizzarsi in acqua?

Il dipolo dell’acqua INDUCE un dipolo nella nuvola elettronica dell’O2.

13

13

Forze di Dispersione

Forze attrattive associate a dipoli istantanei e dipoli

Interazione ione-dipolo indotto

Interazione dipolo indotto-dipolo indotto

14 Forze di Dispersione Dipolo indotto – Dipolo Indotto

Formazione di un dipolo fra due molecole di I2 nonpolari.

Sono le uniche forze intermolecolari che permettono alle molecole non polari di interagire tra loro

15

15

S

Quale genere di forza intermolecolare esiste nelle seguenti molecole ?

HBr HBr è una molecola polare: forze dipolo-dipolo. Ci sono inoltre forze di dispersione tra le molecole di HBr.

CH4 CH4 è non polare: forze di dispersione.

SO2 SO2 è una molecola polare: forze dipolo-dipolo. Ci sono inoltre forze di dispersione tra le molecole di SO2.

16 Proprieta’ dei Liquidi

•  Hanno volume proprio ma non hanno forma •  Alta densita’ •  Resistenza alla compressione •  Mobilita’ molecolare possibile ma non libera. •  Resistenza allo scorrimento •  Viscosita’ •  Tensione superficiale •  Capillarita’

17

I passaggi di stato

sublimazione

brinamento

fusione

evaporazione

condensazione

solido

liquido

aeriforme solidificazione

18

Liquidi Per evaporare le molecole devono possedere una energia

su f f i c ien te a rompere le fo rze d i a t t raz ione intermolecolari.

Romperere le forze intermolecolari richiede energia. Il processo di evaporazione è endotermico

Forze di coesione

19

I Liquidi Le due proprietà principali sono: L’ EVAPORAZIONE ed il suo processo opposto

— la CONDENSAZIONE

Per rompere i legami Intermolecolari

Formazione legami Intermolecolari

+ energia

– energia

LIQUIDO VAPORE

ß Condensazione

Evaporazione à

20

Energia minima necessaria per rompere le forze intermolecolari

La distribuzione delle energie molecolari in fase liquida

L’energia cinetica delle molecole è proporzionale alla temperatura.

21 La Pressione di Vapore Situazione iniziale Equilibrio a 25°C Equilibrio a 40°C

24 to

rr

55 to

rr

In un recipiente chiuso, le particelle di vapore saturano lo spazio sovrastante il liquido, opponendosi all’evaporazione e favorendo la condensazione.

La velocità di evaporazione e di condensazione diventano uguali: equilibrio dinamico.

Si chiama tensione di vapore la pressione esercitata dal vapore saturo sul proprio liquido.

22

alcol etilico

Temperatura (°C) 50 60 70 80 90 100 T

ensi

one

di v

apor

e (m

m H

g)

1600

1400

1200

1000

800

600

400

200

0

variazione della tensione di vapore di alcuni liquidi in funzione della temperatura

760 mmHg = 1atm

benzene acqua

Curve di tensione di vapore e temperatura di ebollizione

Quando la tensione di vapore raggiunge il valore di 1 atm si ha l’ebollizione.

23 L’ebollizione

L’acqua bolle a 100°C perché, a tale temperatura, la tensione di vapore dell’acqua diventa pari a 1 atmosfera: in questa situazione la pressione esterna non riesce più a schiacciare le bolle di vapore che si originano dentro il liquido, che così comincia a bollire

Pressione atmosferica

P r e s s i o n e eserci tata dal le molecole di vapore che urtano contro le pareti della bolla

P r e s s i o n e dell’atmosfera verso l’interno

Pagina vuota

24 Pressione di Vapore

25

La pressione di vapore di una data molecola ad una data T dipende dalle forze intermolecolari.

C 2 H 5 H 5 C 2 H H 5 C 2 H H

water alcohol ether

Forza crescente delle interazioni intermolecolari

H-bonds H-bonds dipole- dipole

O O O

Liquidi

Fine

26

Liquidi Il calore necessario (a P costante) per

vaporizzare una mole di un composto liquido si chiama entalpia di vaporizzazione. LIQ + calore ---> VAP

Composto ΔHvap (kJ/mol) Forze IM H2O 40.7 (100 oC) legame a idrogeno SO2 26.8 (-47 oC) dipolo Xe 12.6 (-107 oC) dipolo indotto

27 Liquidi – Tensione Superficiale

Le molecole in superficie risentono di una forza attrattiva da parte delle molecole nella soluzione.

Per Tensione Superficiale si intende l’energia necessaria per “rompere” la superficie.

Le molecole in superficie si comportano in maniera differente rispetto a quelle poste all’interno.

28

Tensione Superficiale

•  Molecole con grandi forze intermolecolari (H2O, Hg) hanno grande tensione superficiale.

29 CAPILLARITA’ Si manifesta sulla superficie del liquido in contatto col solido che può presentarsi sollevata (nel caso dell'acqua) o infossata (nel caso del mercurio) rispetto al resto della superficie. Le forze che si manifestano sono la coesione, l'adesione e la tensione superficiale. La capillarità è un fenomeno che permette all'acqua di salire in tubicini molto sottili. Questo fenomeno è spiegato dall'esistenza di forze di attrazione tra le molecole dell'acqua e le pareti del tubicino. un tubo capillare, il numero di molecole dell'acqua a contatto con il vetro è molto piu' grande, quindi prevalgono le forze di adesione sulle forze di coesione.

30

Adesione: attrazione delle molecole di H2O da parte di una fase solida

31 Proprietà dei Liquidi

Viscosità indica la resistenza di un liquido al movimento.

Forti forze intermolecolari

Alta viscosità