Legami-secondari

Chimica e laboratorio
I legami secondari
Classi quarte/quinte
Docente: Luciano Canu
Anno Scolastico 2008/2009
Generalità
• I legami secondari
– Sono sempre interazioni elettrostatiche
– Sono interazioni intermolecolari
• Possiamo spiegare quindi il comportamento di sostanze
molecolari e macromolecolari
– Sono interazioni di tipo fisico
• Reversibili: si formano e si rompono con poca spesa
energetica e non modificano la natura intima della materia
• Spiegano il comportamento e le caratteristiche
di moltissimi materiali e sostanze
Uno schema
Forze di Van der Waals
Legame
a idrogeno
Interazioni
dipolo-dipolo
Forze di London
Legame a idrogeno
• È il più forte legame intermolecolare
conosciuto (circa un decimo di un legame
covalente)
• È presente in moltissime sostanze
importanti
• Le regole per individuare e rappresentare
una sostanza che forma legami a idrogeno
H
O H
Le regole
O H
H
• È necessario (ma non sufficiente) che la
molecola contenga idrogeno
• L’idrogeno deve essere legato, con legame
covalente semplice, con atomi molto
elettronegativi (F, O, N)
• La molecola che “contiene” questa porzione così
organizzata può formare legami idrogeno con
altre molecole polari
• Le molecole devono essere orientate in modo
da mantenere sullo stesso asse i 3 atomi
coinvolti nel legame a idrogeno
Il caso dell’acqua
H
O H
H
O H
O H
H
Proprietà dell’acqua
• La fase solida è meno densa della fase liquida (il
ghiaccio galleggia in acqua)
• L’acqua ha una elevata capacità termica (liquido
di riscaldamento o di raffreddamento)
• Il ghiaccio in opportune condizioni forma cristalli
• L’acqua ha una elevata temperatura di
ebollizione/fusione
• Ha la tendenza ad aggregarsi, formare masse
d’acqua molto grandi
• L’acqua scioglie molto bene tutte le sostanze
che hanno gruppi OH nella loro struttura
Molecole che formano legami
idrogeno
•
•
•
•
•
•
•
•
•
H-F acido fluoridrico
CH4 metano
NH3 ammoniaca
C3H7OH propanolo
DNA
Cellulosa
Amido
Glucosio
Proteine
Altri legami secondari
• Legami dipolo-dipolo
• Forze di London (forze di Van der Waals)
Legami dipolo-dipolo
• Il legame a idrogeno è una versione particolarmente
forte e speciale di legame dipolo-dipolo
• Tutte le molecole polari possono formare interazioni
dipolo-dipolo con intensità variabile
• Sono responsabili dello stato fisico di molti materiali
δ-
δ+
Cl H
δ-
δ+
Cl H
δ-
δ+
Cl H
Un confronto
Sostanza
H-F acido
fluoridrico
H-Cl acido
cloridrico
H-Br acido
bromidrico
H-I acido
iodidrico
Temp. di fusione
(°C)
Temp. di
ebollizione (°C)
-93
20
4
20
-114
-85
3
36,5
-89
-67
2,8
81
-51
-35
2,5
128
ElAlog MM
Interpretiamo la tabella
• Le temperature di fusione e di ebollizione
dell’HF sono molto alte rispetto all’HCl poiché
solo il primo può formare legami idrogeno
– Notare che l’HCl è più pesante dell’HF
• L’andamento dei successivi acidi è spiegabile
considerando l’aumento di massa della molecola
– Infatti possiamo considerare le interazioni dipolodipolo sufficientemente simili
Interazioni
dipolo temporaneo-dipolo indotto
• Molte molecole sono considerate apolari
– N2, H2, CH4, Cl2, I2, F2, CO2
• Eppure è possibile ottenere lo stato liquido
e solido anche da queste sostanze
– Cl2 è gassoso ma Br2 è liquido e I2 è solido
alla temperatura ambiente
• Come mai?
• Cosa cambia tra le 3 molecole?
• Come si crea un dipolo temporaneo?
Come interagiscono le molecole
apolari
• La massa atomica aumenta notevolmente
• Aumentano molto le dimensioni della nuvola
elettronica esterna e il numero di elettroni
– Cioè la nuvola elettronica esterna è molto lontana dal
nucleo e sente poca attrazione protonica
– Le nuvole elettroniche diventano più plastiche, meno
rigide
• Gli elettroni di valenza a volte si distribuiscono in
maniera asimmetrica anche in molecole apolari
– Questo fenomeno è denominato dipolo temporaneo
– Avviene casualmente su un numero limitato di
molecole (probabilità statistica)
+
-
Dipolo temporaneo
Distribuzione asimmetrica temporanea degli elettroni di legame
Viscosità
• La viscosità è la capacità che le molecole
di un fluido hanno di opporsi allo
scorrimento
• Le forze di Van der Waals quindi sono
responsabili della velocità di scorrimento
del fluido
– Ma l’olio è più viscoso dell’acqua!
• Si deve considerare anche la massa e la
complessità della struttura della molecola
Tensione superficiale
• L’energia necessaria a penetrare la superficie di
un liquido
• È dovuta alla presenza di interazioni di Van der
Waals tra le particelle di liquido
– L’acqua ha una tensione superficiale elevata che
•
•
•
•
Rende difficile l’entrata in acqua ai tuffatori
Permette lo sci nautico a piedi nudi
Consente ad alcuni insetti di “camminare” sulla superficie
Causa il fenomeno del menisco e della capillarità