Forze intermolecolari

Le forze intermolecolari, che esistono fra le molecole, hanno origine da interazioni elettrostatiche fra cariche, cariche parziali e cariche temporanee. Tutte le molecole producono cariche temporanee. Per via della distribuzione variabile degli elettroni, una più elevata densità di elettroni in una regione della nuvola di elettroni si traduce in un dipolo istantaneo o temporaneo.

Questo successivamente induce un altro dipolo istantaneo nella molecola vicina. L'effetto domino dei dipoli dà origine a deboli forze attrattive intermolecolari dette forze di dispersione, che esistono fra tutte le molecole, sia che siano polari che non polari. Alcuni composti covalenti, come per esempio l'acqua, mostrano regioni ricche di elettroni e povere di elettroni causate dalle differenze di elettronegatività degli atomi.

La distribuzione non uniforme degli elettroni condivisi e la forma molecolare del composto creano cariche parziali permanenti, risultando in un dipolo permanente nel composto altrimenti neutro rendendolo polare. Le molecole con dipoli permanenti detti anche composti polari si allineano attraverso forze dipolo-dipolo, dove l'estremità positiva di una molecola interagisce elettrostaticamente con l'estremità negativa della molecola vicina. Se un composto polare contiene un atomo di idrogeno legato in modo covalente a un piccolo atomo altamente elettronegativo come fluoro, ossigeno o azoto, gli atomi tendono a mostrare cariche parziali più grandi.

Di conseguenza, l'atomo di idrogeno nei legami F-H, O-H o N-H interagisce fortemente con l'atomo elettronegativo sul suo vicino attraverso un tipo speciale di forza dipolo-dipolo chiamata legame idrogeno. In particolare, i legami idrogeno sono più forti delle forze dipolo-dipolo, e i composti in grado di formare legami idrogeno mostrano punti di fusione e di ebollizione più elevati. Le tre forze intermolecolari dispersione, dipolo-dipolo e legami idrogeno sono, paragonati alle forze intramolecolari, relativamente deboli, con forze variabili.

Collettivamente, sono classificati come Forze di van der Waals. Benché le forze di dispersione siano presenti fra tutte le molecole, polari o non polari, le forze dipolo-dipolo e i legami idrogeno esistono solo intorno alle molecole polari. Esclusiva per le soluzioni è la forza ione-dipolo, che è la più potente forza intermolecolare.

Quando un composto ionico come il cloruro di sodio viene disciolto in un solvente polare come l'acqua, gli ioni dissociati interagiscono con i dipoli del solvente tramite forti forze ione-dipolo. Qui, i cationi si associano alle estremità negative delle molecole d'acqua, mentre gli anioni interagiscono con le estremità positive.