Forze Intermolecolari e Legami Chimici Fondamentali

Forze di Van der Waals

Le forze di Van der Waals sono forze intermolecolari che non costituiscono un legame chimico covalente. Esse derivano da interazioni elettrostatiche tra molecole o atomi e comprendono forze attrattive (come le forze di dispersione) e forze repulsive tra i gusci elettronici di atomi adiacenti.

Forze di Dispersione

Tutti gli atomi e le molecole, anche quelle non polari, presentano dipoli istantanei dovuti al movimento continuo degli elettroni attorno al nucleo. La presenza di questi dipoli istantanei induce la formazione di dipoli temporanei negli atomi o molecole adiacenti, generando piccole forze di attrazione elettrostatica.

Repulsione Elettrostatica

A queste forze attrattive di dispersione si oppongono le forze repulsive elettrostatiche tra i gusci elettronici dei due atomi adiacenti.

Il risultato di queste forze opposte determina una distanza minima consentita tra i nuclei di due atomi adiacenti. Questa distanza è correlata al raggio di Van der Waals.

Tipi di Interazioni di Van der Waals

Si distinguono tre tipi principali di interazioni di Van der Waals:

Interazione Dipolo Permanente-Dipolo Permanente

Si verificano tra molecole polari (come HCl), generando un'attrazione elettrostatica tra i poli opposti delle molecole vicine. Maggiore è la polarità della molecola (differenza di elettronegatività tra gli atomi che la formano), maggiore è l'intensità dell'interazione.

Interazione Dipolo Permanente-Dipolo Indotto

Essa si verifica tra una molecola polare e una molecola non polare. In questo tipo di interazione, il dipolo permanente della molecola polare induce una ridistribuzione temporanea della carica nella molecola apolare vicina, creando un dipolo indotto. Si stabilisce pertanto un'attrazione elettrostatica tra i poli opposti.

Questo tipo di interazione è anche conosciuta come polarizzazione. La sua intensità dipende dal grado di polarità della molecola polarizzante (quella polare) e dalla dimensione della molecola polarizzata (maggiore è il numero di elettroni, maggiore è la sua polarizzabilità).

Interazione Dipolo Istantaneo-Dipolo Indotto (Forze di London)

Appaiono in tutti i composti molecolari e sono l'unica forza intermolecolare presente tra molecole non polari. Sono causate dalla comparsa temporanea di una distribuzione asimmetrica di carica in una molecola (dovuta al continuo movimento degli elettroni), creando un dipolo istantaneo. Questo dipolo istantaneo induce la formazione di un dipolo temporaneo nella molecola vicina, stabilendo un'interazione debole e di breve durata.

L'intensità di questa interazione dipende dalle dimensioni della molecola (maggiore è il numero di elettroni, maggiore è la probabilità di comparsa di un dipolo istantaneo).

Interazione Dipolo-Dipolo Permanente

Un'attrazione dipolo-dipolo è un'interazione non covalente tra due molecole polari o due gruppi polari della stessa molecola, se è di grandi dimensioni. Le molecole polari si attraggono quando una regione positiva è vicina alla regione negativa dell'altra, come tra molecole di BrCl.

Legame Idrogeno

Si tratta di un particolare tipo di interazione dipolo-dipolo forte che si verifica tra un atomo di idrogeno legato covalentemente a un atomo molto elettronegativo (come Ossigeno O, Azoto N, o Fluoro F) e un altro atomo elettronegativo (O, N, o F) di una molecola vicina o della stessa molecola. Questa interazione è rappresentata come segue: A-H ••• B, dove A e B sono atomi elettronegativi (O, N, F) e il puntinato (•••) rappresenta il legame idrogeno.

L'energia media di un legame idrogeno è significativamente maggiore rispetto alle tipiche interazioni dipolo-dipolo (spesso superiore a 40 kJ/mol). Questo rende il legame idrogeno di grande importanza per determinare le strutture e le proprietà di molti composti (ad esempio, l'acqua).

Proprietà dei Metalli

Le seguenti proprietà sono tipiche dei metalli:

• Di solito sono solidi a temperatura ambiente, ad eccezione del mercurio, e i loro punti di fusione ed ebollizione variano molto.
• La conducibilità termica ed elettrica sono molto alte (ciò si spiega con la grande mobilità dei loro elettroni di valenza).
• Hanno lucentezza metallica.
• Sono duttili e malleabili (la grande mobilità degli elettroni di valenza permette ai cationi metallici di muoversi senza produrre una rottura).
• Sono in grado di emettere elettroni quando ricevono energia sotto forma di calore.
• Tendono a perdere elettroni quando ricevono energia sotto forma di quanti di luce (fotoni), un fenomeno noto come effetto fotoelettrico.

Legame Ionico

In chimica, il legame ionico è l'unione che deriva dalla presenza di forze di attrazione elettrostatica tra ioni di segno opposto. Si forma tipicamente tra un metallo e un non metallo.

Il metallo dona uno o più elettroni per formare cationi (ioni carichi positivamente) con una configurazione elettronica stabile. Questi elettroni vengono acquisiti dal non metallo, che forma anioni (ioni carichi negativamente) con una configurazione elettronica stabile. L'attrazione elettrostatica tra ioni di carica opposta (cationi e anioni) li unisce e forma il legame ionico.

Proprietà dei Composti Ionici

I composti ionici formano reticoli cristallini costituiti da ioni di carica opposta tenuti insieme da forti forze elettrostatiche. Questo tipo di attrazione determina le proprietà osservate.

• Sono solidi con struttura cristallina.
• Il legame è un trasferimento di elettroni da un metallo a un non metallo, con formazione di ioni.
• Hanno alti punti di fusione e di ebollizione.
• Sono legami che risultano tipicamente dall'interazione tra i metalli dei gruppi I e II e i non metalli dei gruppi VI e VII.
• Sono solubili in solventi polari e hanno solubilità molto bassa in solventi non polari.
• Una volta fusi o in soluzione acquosa, conducono elettricità.
• Allo stato solido non conducono l'elettricità.