Legami intermolecolari

1) Quali forze attrattive si possono generare tra più molecole :

Ci sono 3 tipi di forze le quali globalmente vengono chiamate forze di van der Waals :

a) Orientazione dipolo-dipolo     Þ Forze attrattive elettrostatiche tra 2 molecole polari che vedono l´estremità negativa                                                         di una molecola avvicinarsi alla estremità positiva di un´altra molecola.

b) Induzione     dipolo-neutra     Þ Viene indotto un momento dipolare nella molecola neutra e pertanto diviene una                                                                interazione dipolo-dipolo.

c) Dispersione  neutra-neutra     Þ Forze di dispersione o di London, una molecola è neutra solo statisticamente, vi sono                                                     infatti piccoli momenti dipolari che si generano per via delle fluttuazioni casuali delle nuvole elettroniche degli atomi costituenti. La loro intensità cresce con il numero di atomi di cui sono formate le molecole.

 

2) Su quali proprietà fisiche vanno ad agire le forze intermolecolari :

Sul calore latente di sublimazione o di evaporazione ossia sul calore che si deve fornire ad un solido o ad un liquido per rompere i legami intermolecolari e farlo passare allo stato gassoso. Influenzano inoltre anche la temperatura di fusione che deve essere tanto più alta quanto più forti sono queste forze.

 

3) Esistono forze intermolecolari per i gas :

Si ma sono molto deboli in quanto l´entità di queste forze decresce col quadrato della distanza tra le due molecole.

 

4) Definire il legame idrogeno :

È un legame che si stabilisce quando un atomo di H si interpone tra 2 atomi fortemente elettronegativi i quali gli sottraggono l´elettrone e quindi gli si avvicinano. In tal modo la distanza tra i 2 atomi elettronegativi è minore di quella che sarebbe stata in assenza della idrogeno. La forza del legame è massima quando l´H interposto si pone lungo la congiungente i 2 nuclei e va diminuendo man mano che l´h se ne allontana. La forza è comunque intermedia tra il legame covalente e le forze di van der Waals.

 

5) Illustrare il legame idrogeno nella acqua e le sue conseguenze sulle proprietà della acqua stessa :

Nella acqua l´idrogeno funge da ponte tra 2 molecole di O , infatti ognuno dei 2 H della molecola di H₂O si lega ad uno dei 2 doppietti solitari di un altro O appartenente ad una seconda molecola d´acqua, globalmente quindi ogni molecola d´acqua è connessa ad altre 4 molecole d´acqua. Da notare che la lunghezza dei 2 legami covalenti sarà inferiore alla lunghezza dei 2 legami idrogeno.

 

6) Come si spiega che il ghiaccio galleggia sulla acqua:

L´acqua liquida è maggiormente densa rispetto al ghiaccio in quanto il ghiaccio essendo una struttura ordinata forma il n° massimo di legami idrogeno, cosa che non fa invece la acqua liquida le cui molecole pertanto hanno modo di compattarsi maggiormente.

Strutture di molecole e ioni

 

7) Descrivere la teoria della repulsione tra le coppie di elettroni dello strato di valenza VSEPR :

Le coppie di elettroni sullo strato di valenza si respingono in quanto tutte cariche negativamente e lo stato minore di energia e quindi la massima stabilità si ottiene quando esse in base alla loro forza (legata alla lontananza dal nucleo) si dispongono in modo da bilanciare le forze.È da notare che una coppia solitaria essendo più vicina al nucleo respinge con maggiore forza le coppie di legame di quanto queste non facciano tra loro. In particolare :

2 coppie di legame                         Þ           180    °    Þ           molecola lineare                                  Þ           BeH₂

3 coppie di legame                         Þ           120    °    Þ           molecola trigonale                              Þ           BF₃

4 coppie di legame                         Þ           109.5 °    Þ           molecola tetraedrica                           Þ           CH₄

3 coppie di legame + 1 lone pair      Þ           107    °    Þ           molecola trigonale piramidale           Þ           NH₃

3 coppie di legame + 2 lone pairs     Þ           104,5 °    Þ           molecola tetraedrica                           Þ           H₂O

 

8) Descrivere le molecole lineari e farne un esempio:

Nelle molecole lineari, tutti gli atomi giacciono su di una retta. Un esempio è la acido cloridrico HCl dove è presente un solo legame covalente tra il cloro del 7° gruppo e l´idrogeno del 1° gruppo.

 

9) Descrivere le molecole triatomiche angolari e farne un esempio:

In queste molecole gli atomi non si trovano su una retta e pertanto i legami formano un angolo diverso da 180°.

Un esempio di molecola triatomica è la acqua H₂O nella quale l´ossigeno ha sullo strato più esterno 2 doppietti solitari (lone pair) e due elettroni spaiati, questi ultimi formano legami covalenti con l´ H , i legami così formati però si respingono tra loro in misura minore di quanto invece si respingono tra loro i 2 doppietti solitari, pertanto tra i 2 legami vi è un angolo di 105° contro i 109,5° previsti per un tetraedro. 

 

10) Descrivere le molecole piane trigonali e farne un esempio:

In esse sono presenti 4 atomi, disposti tutti su di uno stesso piano, di cui uno si trova al centro di un triangolo equilatero sui cui vertici sono gli altri 3. Un esempio è il trifluoruro di boro BF₃ dove si ha una ibridizzazione per risonanza del fluoro, dovuta alla forte differenza di elettronegatività dei 2 elementi.

 

11) Descrivere le molecole trigonali piramidali e farne un esempio:

In esse sono presenti 4 atomi, disposti a forma di piramide con base triangolare.

Un esempio è la ammoniaca NH₃ nella quale la azoto del 5° gruppo si trova al centro della piramide, esso ha sullo strato più esterno 1 doppietto solitario e 3 elettroni isolati, questi formano 3 legami con altrettanti atomi di H, tuttavia il doppietto solitario si trova più vicino al nucleo e pertanto respingerà con maggiore energia i legami formatisi, pertanto la angolo tra i legami non è di 109,5° ma di 107° e la piramide che vede il doppietto solitario al vertice è dunque più ripida di quanto sarebbe stata in assenza del doppietto.

 

12) Descrivere le molecole tetraedriche e farne un esempio:

Sono costituite da 5 atomi di cui 4 si trovano ai vertici di un tetraedro (piramide a base triangolare)  e la quinta se ne trova al centro. Un esempio è il metano CH₄ dove il carbonio C del 4° gruppo si trova al centro e per via della scarsa differenza di elettronegatività forma legami covalenti con l´ H i quali tra loro hanno un angolo di 109,5° a conferma della scarsa polarità del legame.

 

13) Descrivere le molecole bipiramidali trigonali e farne un esempio:

In esse sono presenti 6 atomi, di cui 5 disposti ai vertici di una bipiramide trigonale ed il 6° atomo al centro.

Un esempio è il pentafluoruro di fosforo, PF₅ in cui il fosforo P del 5° gruppo, si trova al centro e forma 5 legami covalenti con il fluoro di cui quelli equatoriali (piano sul quale sono le basi delle 2 piramidi) sono più corti rispetto a quelli assiali (retta contenente il centro della bipiramide ed i 2 vertici) .

 

14) Descrivere le molecole ottaedriche e farne un esempio:

In esse sono presenti 7 atomi, di cui 6 disposti ai vertici ed uno al centro di un ottaedro (bipiramide a base quadrangolare). Un esempio è il fluoruro di zolfo SF₆ dove un atomo di zolfo S del 6° gruppo si trova al centro e si lega con legami covalenti a 6 atomi di F, disposti ai vertici della ottaedro.

 

15) Descrivere le molecole ad elettroni delocalizzati e farne un esempio:

In esse alcuni degli elettroni di legame non sono localizzati nello spazio tra 2 atomi adiacenti ma occupano orbitali che si estendono ad una vasta regione della molecola.

Un esempio classico è il benzene C₆H₆ dove ogni atomo di carbonio C che è un elemento del 4° gruppo, utilizza 1 elettrone spaiato per legarsi ad un atomo di H, e 3 elettroni per legarsi a due atomi di C .

Si potrebbe ipotizzare che ogni C formi 3 legami, 2 verso un 1° C ed 1 verso un 2° C, ma la molecola nel complesso vede i C formare un esagono dai lati regolari e pertanto, segue che tutti i legami debbono essere uguali il che si spiega affermando ogni C forma un legame singolo con 2 altri C, però i legami sono rafforzati da 6 elettroni delocalizzati.