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Le forze intermolecolari ed i liquidi 2018
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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
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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
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L’interazione tra ione e dipolo dipende sia dalla carica dello ione che dalla distanza ione-dipolo.
Attrazione fra Ioni e Dipoli Permanenti
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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
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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
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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
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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
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Legame a Idrogeno: implicazioni
Il ghiaccio ha una struttura aperta.
La sua densità è minore del liquido.
Pertanto il solido galleggia sul liquido.
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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.
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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.
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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
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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’
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I passaggi di stato
sublimazione
brinamento
fusione
evaporazione
condensazione
solido
liquido
aeriforme solidificazione
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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
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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
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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.
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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
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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
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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.
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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.
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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