Forze intermolecolari e proprietà fisiche

Le interazioni elettrostatiche che esistono tra le molecole sono chiamate forze intermolecolari. Queste forze attrattive influenzano varie proprietà fisiche, come il punto di fusione, il punto di ebollizione e la solubilità.

I tre principali tipi di forze intermolecolari includono forti interazioni ione-dipolo tra ioni e molecole polari, interazioni dipolo-dipolo tra molecole polari e, infine, la più debole di tutte, le forze di dispersione, presenti in tutte le molecole, polari e non polari.

Le interazioni ione-dipolo sono comuni alle soluzioni. Quando un composto ionico come il cloruro di sodio viene disciolto in un solvente polare come l'acqua, gli ioni si allineano con le estremità opposte delle molecole d'acqua, consentendo la massima attrazione elettrostatica.

In alternativa, le interazioni dipolo-dipolo sono esibite da molecole polari con dipoli permanenti, dove l'estremità positiva di una molecola interagisce elettrostaticamente con l'estremità negativa della molecola vicina.

Quando un atomo di idrogeno legato all'ossigeno, all'azoto o al fluoro viene attratto dall'atomo elettronegativo di una molecola vicina, si forma un legame idrogeno, un tipo speciale di interazione dipolo-dipolo. In particolare, i composti in grado di legare idrogeno mostrano alti punti di fusione e di ebollizione.

Le forze di dispersione sono il risultato di dipoli temporanei e tendono ad aumentare con la massa molare. Gli atomi con masse più elevate hanno più elettroni e nuvole di elettroni più grandi, portando a un aumento delle forze di dispersione. Di conseguenza, è necessaria più energia per superare le forze attrattive tra gli atomi vicini, con conseguente aumento dei punti di ebollizione e fusione.

Questo spiega perché i punti di ebollizione degli alcani aumentano con la loro massa molare.

Tuttavia, la massa molare non è l'unico criterio. Nonostante abbia le stesse masse, l'n-pentano ha un punto di ebollizione più alto del neopentano a causa della maggiore superficie disponibile per le forze di dispersione.

Anche le forze intermolecolari sono cruciali nel determinare la solubilità. Liquidi di tipo e entità simili di forze intermolecolari, come l'acqua e l'etanolo, sono interamente solubili in tutte le proporzioni o sono miscibili.

Al contrario, liquidi come l'esano e l'acqua, con diversi tipi e grandezze di forze intermolecolari, sono insolubili nella maggior parte delle proporzioni o immiscibili.

Nel complesso, le forze intermolecolari sono relativamente deboli perché le cariche piccole o parziali interagiscono su grandi distanze.