Forze intermolecolari e intramolecolari

Le sostanze chimiche si formano quando gli atomi o gli ioni interagiscono elettrostaticamente. Per esempio, un atomo di ossigeno e due di idrogeno si legano in modo covalente per formare una molecola d'acqua. Tali forze di legame che tengono insieme gli atomi all'interno di una molecola sono dette forze intramolecolari.

Le forze intramolecolari determinano proprietà chimiche come la stabilità e i tipi di legami chimici. I tre tipi di base sono legami ionici, covalenti e metallici. Un legame ionico è formato dal trasferimento di elettroni di valenza da un metallo ad un atomo non metallico, che si traduce in un'attrazione elettrostatica fra gli ioni carichi in modo opposto.

Un legame covalente si forma quando gli atomi non metallici condividono i loro elettroni di valenza. Infine, il legame metallico risulta dall'interazione fra la matrice di ioni metallici positivi, e un pool condiviso di elettroni di valenza delocalizzati. Tuttavia, le interazioni elettrostatiche non esistono solo all'interno di una molecola, ma anche fra le molecole.

Per esempio, in acqua che sia solida, liquida o gassosa le molecole interagiscono tramite interazioni elettrostatiche e non leganti, che determinano lo stato della materia. Queste interazioni sono dette forze intermolecolari e influenzano varie proprietà fisiche, come i punti di fusione e di ebollizione. Le forze intermolecolari possono essere classificate in diversi tipi.

Forti forze ione-dipolo si verificano fra ioni e molecole polari;forze dipolo-dipolo esistono fra molecole polari, con il legame idrogeno che è un tipo speciale di forza dipolo-dipolo;e infine, le più deboli di tutte le forze di dispersione esistono in tutte le molecole, polari e non polari, e sono il risultato di dipoli temporanei. Le forze intermolecolari, dal momento che cariche piccole o parziali interagiscono su grandi distanze, sono deboli se paragonate alle forze intramolecolari, che sono forti a causa di grandi interazioni elettrostatiche su brevi distanze. Per esempio, nell'acqua liquida, le molecole sono separate da una distanza media di circa 300 picometri, caratteristica delle forze intermolecolari relativamente più deboli.

Di conseguenza, basta riscaldare l'acqua a soli 100°C per superare queste forze intermolecolari e far passare le molecole d'acqua dalla fase liquida alla fase vapore. Nel dettaglio, la lunghezza del legame O-H in acqua è di 96 picometri, caratteristica dei legami intramolecolari più forti. Occorre riscaldare l'acqua a circa 1000°C, ben oltre il suo punto di ebollizione, per rompere questo legame intramolecolare.